Новые технологии противопожарной герметизации межэтажных швов в навесных стенах высотных зданий

　　(一) Введение

　　В глобальном масштабе исследования распространения пожаров в высотных зданиях ведутся уже давно. За последние несколько десятилетий в области контроля распространения пожаров накоплен значительный практический опыт. Во многих странах и регионах уже разработаны стандартизированные методы противопожарной герметизации межэтажных зазоров в навесных стенах. В соответствующих строительных и нормативных актах по безопасности начали устанавливаться требования к высотным зданиям с навесной стеной для обеспечения безопасности жизни и имущества.

　　Для лучшего понимания распространения пожара в высотных зданиях со стеклянными навесами необходимо представить следующую ситуацию: если пожар возникает на каком-либо этаже, по мере его распространения давление в помещении постепенно увеличивается, стекло в навесной стене под воздействием пламени разрушается, что приводит к дополнительному поступлению кислорода в помещение, способствуя дальнейшему распространению огня на нижнюю часть перекрытия вышележащего этажа и внутреннюю сторону конструкции навесной стены. Кроме того, некоторые языки пламени могут вырываться из разбитых окон и воздействовать на внешнюю сторону конструкции навесной стены вышележащего этажа. Если между плитой перекрытия и конструкцией навесной стены имеются зазоры, пламя быстро распространится по этим межэтажным зазорам на вышележащий этаж (см. рис. 1). Для решения этой проблемы необходимо рационально спроектировать и установить систему противопожарной защиты межэтажных зазоров, которая могла бы оставаться стабильной на протяжении всего пожара и соответствовать требованиям двустороннего воздействия огня, предотвращая вертикальное распространение пожара.

　　Распространение пожара в высотных зданиях усугубляется тем, что многие конструктивные элементы навесных стен не являются огнестойкими материалами. Такие материалы, как стекло или алюминиевый профиль, часто используются в современных конструкциях навесных стен. Как правило, эти материалы специально изготавливаются тонкими, что снижает их огнестойкость. Обычно стекло разрушается под воздействием огня через 5-15 минут, а алюминиевый профиль плавится при температуре 660°C. Несмотря на то, что иногда используются материалы, считающиеся более огнестойкими, эти материалы часто выходят из строя в реальных условиях пожара. Например, каменные перегородки или заполняющие перегородки из гранита, мрамора, травертина или песчаника сами по себе являются хорошими огнестойкими материалами и не горят. Однако при пожаре эти плиты растрескиваются под воздействием тепла, а иногда даже взрываются из-за различной степени расширения в разных направлениях или из-за наличия в камне некоторого количества влаги. Означает ли это, что эти материалы нельзя использовать? Конечно, нет.

　　Наиболее эффективным способом является повышение огнестойкости этих элементов с помощью простых систем с высокотемпературными изоляционными материалами, а также правильная установка системы противопожарной герметизации. В данной статье рассматриваются соответствующие вопросы, а также опыт практического применения.

　　(二) Представление системы противопожарной герметизации межэтажных зазоров

　　Система противопожарной герметизации межэтажных зазоров быстро стала синонимом предотвращения распространения пожара в высотных зданиях. Система противопожарной герметизации межэтажных зазоров включает в себя огнестойкие компоненты перекрытий, наружных стен и материалы, установленные в зазорах между наружными стенами и перекрытиями, которые предотвращают образование путей распространения огня между этажами.

　　В некоторых странах используются определенные стандарты испытаний для оценки характеристик систем противопожарной защиты межэтажных зазоров. Одним из таких стандартов является американский стандарт ASTM E2307-10 «Стандарт испытаний на огнестойкость межэтажных зазоров (ISMA)», в котором используется двухэтажная модель среднего масштаба для оценки огнестойкости систем противопожарной герметизации межэтажных зазоров, используемых в высотных зданиях (см. рис. 2 и 3). Передняя часть этой модели представляет собой конструкцию со стеклянной навесной стеной; верхний этаж — это наблюдательная комната, нижний этаж — это лаборатория (печь), а между верхним и нижним этажами находится железобетонная плита перекрытия. Система противопожарной защиты межэтажных зазоров устанавливается в горизонтальном зазоре между плитой перекрытия и разделительной полосой навесной стены (см. рис. 4).

　　После установки испытательной конструкции зажигается печь в лаборатории (см. рис. 5). Через 5 минут зажигается другой источник огня снаружи стеклянной навесной стены для имитации распространения пламени вверх после разрушения окон (см. рис. 6). То есть, одновременно с воздействием огня на внешние элементы конструкции навесной стены, внутренний источник огня воздействует на внутренние элементы конструкции навесной стены, нижнюю часть плиты перекрытия и материалы системы противопожарной герметизации межэтажных зазоров. Испытание прекращается при появлении признаков отказа или по достижении ожидаемого предела огнестойкости. Отказ испытания означает, что пламя прошло через систему противопожарной герметизации в наблюдательную комнату. Кроме того, любое появление очагов нагрева также считается отказом испытания. Для проверки наличия трещин или отверстий в системе противопожарной герметизации на систему противопожарной герметизации в наблюдательной комнате накладывается ватное одеяло и выдерживается в течение 30 секунд. Если ватное одеяло загорается, система противопожарной герметизации также считается отказавшей. Если система герметизации неэффективно снижает теплопередачу от перегретого стекла, ватное одеяло загорится раньше времени (см. рис. 7 и 8).

　　В процессе испытания распространение тепла анализируется путем мониторинга температуры на обратной стороне. Полученные значения огнестойкости и теплостойкости определяются в соответствии с процедурами ASTM E2307-10. Огнестойкость — это время, в течение которого система противопожарной герметизации препятствует прохождению пламени; теплостойкость — это мера эффективности передачи тепла в системе. Теплостойкость большинства систем противопожарной защиты навесных стен не превышает 15-30 минут из-за использования алюминиевых профилей или крепежных элементов с хорошей теплопроводностью, а огнестойкость обычно составляет 2 часа и более.

　　(三) Конструкция системы противопожарной герметизации межэтажных зазоров

　　2.1 Установка минераловатных плит

　　В наиболее распространенных конструкциях алюминиевых каркасных навесных стен с традиционными разделительными полосами (из негорючих материалов, таких как стекло, алюминий или камень) используются высокотемпературные минераловатные плиты. Минераловатные плиты изготавливаются из шлаковой ваты или каменной ваты и выдерживают температуру до 100 градусов. Обычно минераловатные плиты (обычно плотностью 96-128 кг/м3) оборачивают вертикальные и горизонтальные элементы каркаса навесной стены вокруг разделительной полосы (см. рис. 9). Существуют различные способы установки минераловатных плит. Иногда используются стальные листы, но обычно стальные листы служат только для улучшения внешнего вида разделительной полосы; иногда на разделительной полосе между вертикальными элементами устанавливается ряд горизонтальных стальных элементов; или минераловатные плиты крепятся с помощью стальных зажимов и гвоздей. Помимо крепления минераловатных плит стальными анкерными болтами и защитными кожухами, минераловатные плиты обычно крепятся к уголкам, листам или швеллерам стальными болтами с большими стальными шайбами или чашечными заклепками в местах стыковки. Минераловатная плита в этой навесной стене является очень важным элементом. Даже после того, как внешний теплоизоляционный слой навесной стены отваливается, и окружающие алюминиевые профили и перегородки нагреваются и плавятся, минераловатная плита может сохранять свою целостность в течение всего периода воздействия огня на систему противопожарной герметизации.

　　Другим необходимым компонентом является горизонтальный зажимной паз. Он устанавливается между вертикальными рамами, крепится к угловым стальным профилям периметра, вертикальным рамам или приваривается точечной или шовной сваркой к стальной подкладке. Положение зажимного паза находится в одной линии с местом установки противопожарной заглушки, поэтому его следует устанавливать на половине толщины перекрытия. Зажимной паз может быть изготовлен из швеллера, стальной арматуры или двух уголков, соединенных в форме буквы «Т». Зажимной паз устанавливается одновременно с другими кронштейнами для минераловатных плит (уголки или подкладки) и располагается за теплоизоляционным слоем стены. Его основная функция — обеспечение прижатого состояния противопожарной заглушки (минеральной ваты) при воздействии огня.

　　Противопожарная заглушка горизонтального шва 2,2

　　После описания установки минераловатных плит для заполнения стеновых конструкций и соответствующих несущих систем необходимо описать способ заделки горизонтальных межэтажных швов (см. рис. 9). Правильный способ заделки этого горизонтального шва заключается в заполнении зазора легкими (обычно плотностью 64 кг/м3) минераловатными полосами. Минераловатные плиты разрезаются на полосы определенной ширины, несколько полос укладываются вместе, примерно на 25%–33% шире, чем межэтажный шов, что обеспечивает степень сжатия 20%–25%. При установке минераловатные полосы должны быть ровными, обычно поверхность минеральной ваты находится вровень с перекрытием. В большинстве случаев минеральная вата просто плотно прижимается, без дополнительных несущих элементов. После установки минеральной ваты на ее поверхность наносится противопожарный заполнитель или противопожарный клей. Эти продукты обычно имеют латексную основу, большинство из них можно наносить кистью или распылителем. Этот противопожарный слой имеет решающее значение, с одной стороны, он связывает между собой различные элементы (несколько минераловатных полос, рамы стены и края перекрытия), образуя единую систему; с другой стороны, это герметичный слой, обеспечивающий целостность минеральной ваты и изолирующий от высокотемпературных дымовых газов; в некоторых случаях силиконовые материалы также могут использоваться для гидроизоляции.

　　Для некоторых конструкций последним этапом системы противопожарной заделки межэтажных швов является защита или обшивка вертикальных рам стены. Для теплоизоляционного слоя стены, изготовленного из той же минеральной ваты, это небольшая часть. Обшивка вертикальных рам сверху и снизу перекрытия минераловатными плитами повышает теплоизоляционные свойства и соединяет теплоизоляционный слой стены, образуя непрерывную противопожарную перегородку.

　　(4) Предотвращение распространения дыма

　　На месте пожара дым является смертельным фактором. Правильная система противопожарной заделки межэтажных швов может помочь уменьшить распространение дыма. Обычно теплоизоляционный слой стеновой конструкции имеет алюминиевую фольгу в месте расположения перегородки. Кроме того, противопожарный заполнитель или противопожарный клей служат непрерывным элементом для предотвращения распространения дыма в зазорах. Многие соответствующие лаборатории имеют специальные лаборатории для проверки герметичности противопожарных заполнителей или клеев. Лучшие противопожарные системы обеспечивают скорость выделения менее 1 литра в секунду на единицу длины.

　　При пожаре давление в зоне возгорания постепенно увеличивается, более легкий, чем воздух, дым и продукты горения начинают скапливаться под потолком. Если давление продолжает расти, дым и продукты горения будут вытесняться в незаделанные отверстия. Кроме того, в высотных зданиях разница температур внутри и снаружи помещения вызывает разницу давления, что приводит к движению воздуха, образуя эффект дымовой трубы. Эффект дымовой трубы считается основной причиной вертикального движения дыма, чем выше здание, тем сильнее эффект дымовой трубы. Использование более герметичных материалов помогает противостоять вертикальному распространению дыма.

　　(5) Примеры проектов

　　9 февраля 2009 года в жилом и коммерческом здании по адресу 510 Madison Avenue, Нью-Йорк, во время перестройки произошел пожар (см. рис. 10). Пожар был эффективно локализован на этаже возгорания (2-й этаж, см. рис. 11). В этом здании использовалась система противопожарной заделки, предоставленная американской компанией STI Special Technologies, Inc. Примечательно, что в тот же день произошел пожар в северном распределительном здании недавно построенного здания CCTV в Китае, но пожар распространился на большую площадь, и почти все здание выгорело.

　　(6) Заключение

　　Описанный в данной статье противопожарный план предназначен в основном для ограничения распространения огня, дыма и продуктов горения в межэтажных швах. Из-за вертикальной конструкции самой стеновой конструкции естественным образом образуется довольно большой зазор между соответствующими соединительными элементами стеновой конструкции и перекрытием, иногда это может быть связано с установкой водопровода или выравниванием независимых перегородок. Перекрытие с помощью системы противопожарной заделки межэтажных швов эффективно обеспечивает распространение функции противопожарного отсека на внешнюю стену здания. Современные системы противопожарной заделки предназначены для создания безопасной и простой системы противопожарной защиты межэтажных швов, которая одновременно удовлетворяет и другим требованиям. Конечно, в некоторых регионах, например, в Китае, не создана полная система проверки систем заделки межэтажных швов, однако, с помощью руководств по проектированию, предоставляемых квалифицированными инженерами, жители этих регионов могут использовать более подходящие системы противопожарной заделки межэтажных швов для строительства более безопасных зданий для производства и жизни. Типичные противопожарные материалы обычно (перед продажей) должны пройти тысячи и десятки тысяч испытаний в различных условиях в соответствии с соответствующими правилами, и должны быть представлены отчеты об испытаниях, подтверждающие их пригодность для различных конкретных случаев. Использование этих материалов, без увеличения строительных затрат, помимо противопожарной и огнезащитной функции, обеспечивает теплоизоляцию, энергосбережение, влагозащиту, защиту от тумана и звукоизоляцию.