ОБСЛЕДОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ  КОНСТРУКЦИЙ ПОСЛЕ ПОЖАРА

 

Карельский А.В, Лабудин Б.В, Мелехов В.И. (АГТУ, г.Архангельск, РФ)

 

Inspection of building designs after a fire.

 

Ежегодно в нашей стране происходит более 200 тыс. пожаров. Ущерб от пожаров исчисляется в миллионы рублей. В России издревле традиционным материалом являются деревянные конструкции, поэтому и немалое число пожаров приходится на них. Так, в 2004 г. произошел пожар в ЦВЗ «Манеж» в Москве, огнем уничтожены уникальные деревянные фермы покрытия и деревянные перекрытия; в 2005 г. пожар в выставочном комплексе «Вернисаж» в Москве, выгорели деревянные конструкции; в 2007 г. – пожар на кровельном заводе в Москве, разрушена часть крыши; в 2008 г. в Петропавловске пожар в ТЦ «Вознесенский», сгорели деревянные конструкции кровли. Таких примеров множество. Также немало пожаров зданий происходит в секторе лесопромышленного комплекса, горят цеха, административные здания, гаражи и т.п. Проблема пожарной безопасности зданий и сооружений, их частей, в особенности выполненных из древесины, достаточно актуальна. Разработано множество методик по защите конструкций от пожара, по повышению огнестойкости, по скорости и времени горения конструкций.

Проанализируем существующие исследования влияния пожара применительно к клееным деревянным конструкциям на примере нескольких пожаров, и попытаемся выяснить, какие вопросы затронуты в меньшей степени.

Рассмотрим пожар 3 мая 2009 года, произошедший на сортировочной площадке лесозавода №26 г. Архангельска. Пожару был дан третий уровень сложности.

В результате пожара повреждения получили 2 цеха, расположенные перпендикулярно друг другу и стыкующиеся по торцам. Цех сортировки сырых пиломатериалов выполнен одноэтажным, каркасным. Основой каркаса являются железобетонные колонны, расположенные с шагом 6 м. Поверх колонн уложены деревянные клееные двускатные балки покрытия, пролетом 18 м. Балки имеют прямоугольное сечение: у опор 1200х210 мм, в центре пролета 1664х210 мм. Поверх балок выполнено покрытие из деревянных клееных панелей, толщиной 120 мм. Кровля рулонная. Другое здание также каркасное, но, вместо деревянного покрытия, выполнена кровля по стальным фермам.

Основной очаг пожара находился непосредственно в месте стыка двух цехов. Основное дальнейшее развитие пожар получил в цехе сортировки, а также частично в соседнем цехе. Загорелся пиломатериал цеха. В результате под огнем оказались практически все клееные деревянные конструкции покрытия и четыре пролета со стальными фермами. Обследование конструкций выполнялось через 2 месяца после пожара. Основной задачей обследования являлось освидетельствование технического состояния конструкций покрытия после пожара.

В результате обследования конструкций после пожара выявлено следующее:

·        произошло обрушение 4 пролетов стальных ферм;

·        произошло нарушение защитного слоя бетона арматуры оголовка колонн;

·        произошло обрушение пролета деревянных панелей, причем панели непосредственно находились длительное время в очаге пожара;

·        деревянные клееные балки покрытия цеха сортировки не обрушились;

·        непосредственно над очагом пожара состояние деревянных клееных балок оценивается как аварийное, на отдельных участках балки прогорели насквозь. Данные балки не обрушились по причине отсутствия на них нагрузки (панели покрытия на данном участке обрушились);

·        по мере удаления от очага пожара глубина обугливания деревянных клееных балок уменьшается и последние 6 пролетов цеха имеют деревянные конструкции в работоспособном состоянии.

Железобетонные колонны в результате пожара получили незначительные повреждения в верхней части, у оголовков, то есть в местах, где температура была максимальной. Стальные конструкции цеха разрушились в течение нескольких минут после начала пожара, деревянные клееные конструкции разрушились частично, причем по имеющимся данным на тушение пожара было потрачено около 9 часов, что говорит о том, что деревянные конструкции подвергались воздействию огня в течение нескольких часов. То есть при одинаковой температуре конструкции и сооружения из стали, в отличие от деревянных и железобетонных конструкций, разрушаются быстро и целиком. Рассмотрим причины, по которым деревянные клееные конструкции имеют достаточно высокий предел огнестойкости. Деревянные конструкции начинают тлеть. Согласно норм и теории горения древесины понятие тления следующее: горение древесины - процесс быстрого соединения продуктов термического разложения древесины с кислородом воздуха, сопровождающийся выделением тепла или дыма, появлением пламени. При горении происходит химическая деструкция (пиролиз) древесины. Возгорание древесины происходит в результате кратковременного нагрева ее до температуры 250°С или длительного воздействия более низких температур. При нагревании древесины до температуры пожаров 800...900°С происходит ее термическое разложение с образованием смеси газообразных продуктов и твердого остатка в виде угля. Различают две фазы горения древесины: первая - пламенная; вторая - тление угля. Тление прекращается, если на поверхности древесины образуется тончайшая пленка золы. Интенсивность горения зависит от подачи и количества кислорода воздуха. В условиях пожара скорость обугливания древесины колеблется в пределах 0,6... 1,8 мм/мин и зависит от температурного режима пожара, влажности древесины, размеров и формы сечения деревянных элементов и шероховатости их поверхности. Причиной разрушения деревянных элементов сооружений во время пожара является обугливание части сечения. Когда поверхностный слой древесины обугливается, теплопроводность этого слоя уменьшается, а соответственно уменьшается подача кислорода и тепла и этот слой предохраняет внутренние слои древесины. На скорость обугливания древесины оказывают влияние ее плотность, влажность, условия притока воздуха и температурный режим огневого воздействия. Всю действующую нагрузку на себя воспринимает не обугленная часть сечения, и постепенное уменьшение сечения приводит к уменьшению несущей способности. При очень высокой температуре глубина обугливания увеличивается, вследствие чего в зоне над очагом пожара разрушение произошло больше, чем в зонах, где температура горения была меньше.

Несущую способность деревянных клееных конструкций после пожара определяют по оставшейся не обугленной части сечения конструкций. Все описанное выше исследовано в достаточной степени. Однако возникают вопросы, касательные непосредственно точной несущей способности клееных деревянных конструкций, то есть неисследованными остаются следующие проблемы:

·        как изменились после воздействия высоких температур прочностные и деформативные свойства клеевых швов применительно к различным видам напряженного состояния;

·        как изменились после воздействия высоких температур прочностные и деформативные свойства древесины применительно к различным видам напряженного состояния;

·        произошло ли изменение прочности на стыке клеевого шва и древесины, а если произошло, то, как оценить это изменение по объему конструкции;

·        как работает клеевой шов на скалывание после воздействия на него высоких температур;

·        в какой степени оказывается влияние вышеперечисленных проблем на несущую способность конструкций и как в целом изменились прочностные и деформативные свойства клееной конструкции.

 

Литература

1.    Руководство по обеспечению долговечности деревянных клееных конструкций при воздействии на них микроклимата зданий различного назначения и атмосферных факторов/ЦНИИСК им. Кучеренко. – М.: Стройиздат, 1981.-96 с.