§ 1. Класифікація будівель. Вогнестійкість будівель та споруд
Класифікація за призначенням, поверховістю
Будівлею називається наземна споруда, яка має внутрішній закритий простір і призначена для виконання побутових, громадських, виробничих або сільськогосподарських функцій.
Всі інші споруди, які не відносяться до будівель і призначені для виконання технічних завдань, відносяться до інженерних споруд (мости, градирні, естакади, димові труби, резервуари, водонапірні башти).
Класифікація будівель за призначенням:
Класифікація будівель за поверховістю:
Малоповерхові - висотою 9 м ( як правило до 3-х поверхів включно);
Багатоповерхові - висотою 9 м – 26,5м ( як правило до 9-ти поверхів включно);
Підвищеної поверховості - висотою 26,5 м – 47 м ( як правило до 16-ти поверхів включно);
Висотні - висотою більше 47 м ( як правило вище 16 –ти поверхів);
При визначенні поверховості будівлі враховуються тільки надземні поверхи, які розташовані над рівнем землі,без урахування верхнього технічного поверху.
Цокольний поверх (напівпідвальний) - поверх, відмітка підлоги якого заглиблена по відношенню до поверхні землі менше ніж на половину.
Підвальний поверх - поверх, відмітка підлоги якого заглублена по відношенню до поверхні землі більше ніж на половину.
Мансардний поверх (мансарда) - поверх, який розміщується всередині горищного простору.
Основні елементи будівель.
Будівельна конструкція - це елемент будівлі або споруди, який виконує огороджувальні або сумісні (несучі і огороджувальні) функції.
До основних будівельних конструкцій відносяться: фундаменти, стіни, окремі опори, перегородки, перекриття, дахи, сходи, вікна, двері, ворота, колони, будівельні ферми, балки.
Фундаменти - конструкція будівлі (споруди), яка розташована нижче поверхні землі і призначена для сприйняття і розподілу навантаження від всієї будівлі на її основу (грунт).
Матеріалом для фундаментів - є бетон, залізобетон, бутове каміння, а іноді деревина.
За конструктивною схемою фундаменти бувають:
стрічкові, які розташовані по всій довжині стін;
стовбчасті, які влаштовують під окремо стоячі опори;
свайні - у вигляді окремо занурених у грунт залізобетонних стержнів, об'єднаних між собою зверху залізобетонною плитою.
Стіни - конструктивний елемент будівлі, призначений для огородження приміщень від зовнішнього атмосферного середовища та розподілу об'єму будівлі на окремі приміщення.
Стіни поділяються на: несучі, самонесучі і ненесучі.
Несучі - стіни, які крім власної ваги, сприймають ще інше навантаження (міжповерхові перекриття).
Самонесучі - стіни, які опираються на фунтамент і несуть навантаження тільки від власної ваги.
Ненесучі (навісні) - стіни, які не опираються на фундамент, а передають навантаження від власної ваги в межах поверху на інші елементи будівлі (колони).
Перегородка - внутрішня ненесуча стіна призначена для розподілу поверху будівлі на окремі приміщення.
За матеріалом і способом зведення, стіни і перегородки поділяються на:
кам'яні (із мілкоштучних елементів);
панельні (із блоків і панелів);
монолітні (залізобетонні);
дерев'яні.
Поведінка стін і перегородок, в умовах пожежі, залежить від їх товщини і матеріалу виготовлення. Чим більше товщина стін і перегородок, тим довше при пожежі вони зберігають свої несучі і огороджувальні функції.
Дерев'яні стіни і перегородки сприяють розповсюдженню вогню в суміжні приміщення та поверхи. Особливо незадовільно поводять себе, при пожежі, каркасні дерев'яні стіни і перегородки, в цих конструкціях можливе приховане розповсюдження вогню по пустотах.
Опори і колони - несучі вертикальні стержневі елементи, які передають навантаження від перекриття на фундаменти.
В залежності від матеріалу бувають:
стійками (дерев'яні)
стовбами (кам'яні із штучних матеріалів)
колонами (сталеві і залізобетонні)
Оскільки стержневі опори і колони є несучими конструкціями будівель і споруд, то їх обвалення в умовах пожежі призводить до руйнування всієї будівлі або її частини.
Перекриття - горизонтальний, несучий конструктивний елемент, який спирається на стіни або опори, призначені для розподілу висоти будівлі по поверхах.
В залежності від матеріалу, який використовується для основних несучих елементів, перекриття поділяються:
Найбільшу пожежну небезпеку становлять перекриття з використанням горючих матеріалів (каркаси). Повітряні прошарки в таких перекриттях сприяють прихованому розповсюдженню вогню. Тому повітряний простір в дерев'яних перекриттях з дерев'яним накатом розподіляють на відсіки шлаковими засипками з метою перешкоджання розповсюдженню вогню.
Дах - це верхня огорожа будівлі, яка призначена для захисту приміщень від зовнішніх кліматичних факторів (дощу, снігу, вітру) і сприймає навантаження від них та власної ваги.
Дах складається з несучої (стропила, ферми, рами, арки, своди) і огороджувальної (покрівля) частин.
Покрівля, яка виконана разом з перекриттям верхнього поверху, називається сумісним дахом або сумісним покриттям.
Поведінка покриття, в умовах пожежі, залежить від виду і матеріалу виготовлення.
Вогнестійкими є покриття, несучі елементи яких виконані із залізобетону.
Дерев'яні несучі елементи при пожежі сприяють розповсюдженню вогню і обваленню.
Металеві елементи покриття швидко прогріваються до критичної температури, внаслідок чого конструкції обвалюються на значній площі.
Стійкість будинків.
Одними з найбільш складних аварій з точки зору проведення рятувальних робіт можна вважати аварії, пов’язані з руйнуванням будинків та споруд. Складність проведення рятувальних робіт обумовлена великою кількістю потерпілих людей, які опинилися в завалах, необхідністю виконання складних інженерних робіт та загрозою подальшого руйнування. Досвід проведення рятувальних робіт на зруйнованих будівлях свідчить про те, що необхідну кількість сил та засобів потрібно зосередити на місці аварії якомога швидше. Оскільки в більшості випадків людина, яка опинилася в завалі, спроможна зберігати життєздатність протягом 10 годин.
Ліквідація наслідків землетрусів, ураганів та інших надзвичайних ситуацій, які призводять до масових руйнацій будівель, потребує багато зусиль від підрозділів різних міністерств та відомств, зосередження великої кількості технічних засобів та перш за все чіткої координації дій сил та засобів, які беруть участь у рятувальних роботах.
Впливи на будівлі і споруди. В залежності від призначення, конструкції будівель можуть виконувати несучу або огороджувальну роль. Несучі конструкції (стіни, перекриття, колони, балки тощо) сприймають різноманітні впливи та передають їх на фундамент. На конструкції будівель та споруд діють силові та несилові впливи.
До силових впливів відносяться:
- постійні навантаження, які представляють собою суму сил тяжіння конструкцій, з яких складається будівля:
- тимчасові навантаження від дії обладнання, меблів, людей, метеорологічних факторів, зміни тиску повітря (дія ударної хвилі) тощо:
Загальне навантаження на будівлю буде становити суму постійних і тимчасових навантажень.
До несилових впливів відносяться: температурні коливання, атмосферна та ґрунтова волога, агресивні хімічні випаровування, біологічні. Ці впливи можуть зменшувати опорні властивості конструкцій будівель.
Причинами руйнування будівель можуть бути: старіння конструкцій, помилки при проектуванні, перенавантаження конструкцій, різкі зміни тиску повітря (вибухи сильний вітер), вплив вогню, зміни ґрунту тощо
Конструктивні системи
На характер руйнувань певною мірою впливають конструктивні системи. Ці системи являють собою сукупність взаємозв’язаних конструктивних елементів будівлі, які забезпечують її міцність, жорсткість, стійкість і необхідний рівень експлуатаційних якостей. Розрізняють п’ять основних конструктивних систем будівель:
Стінова.
Вертикальні
опорні конструкції стіни – площинні
елементи
Стінова будівля
Каркасна. Опорні конструкції – каркас – просторова незмінна система лінійних (вертикальних та горизонтальних) опорних конструкцій, яка сприймає усі навантаження і передає їх на фундамент споруди. Каркас, як правило, має вигляд клітки (решітки) та служить кістяком для спирання огороджувальних конструкцій і обладнання
Каркасна будівля
Об’ємно-блокова. Опорні конструкції – об’ємні блоки, які цілком виробляються на заводах та монтуються на будівельному майданчику
Об’ємно-блокова будівля
Оболонкова. Опорна конструкція-зовнішня оболонка (решітка з малим кроком вертикальних опорних конструкцій і просторовим розподілом зусиль від навантажень). Нагадує трубу .
Оболонкова будівля
Стовбурна. Вертикальна опорна конструкція-стовбур, на який навішуються або консольно закріплюються горизонтальні опорні конструкції поверхів.
Мал. Стовбурна будівля
Будівлі, в яких використані каркасні, оболонкові та стовбурні системи, є більш гнучкими завдяки еластичності каркаса. Тому навантаження від поштовхів, які отримує будівля, розподіляються між конструкціями каркаса і значно гасяться. Не несучі елементи (стіни, перетинки) при впливах на них можуть пошкоджуватися або навіть руйнуватися, але це не призводить до руйнації будівлі в цілому. Якщо дія руйнівної сили привела до пошкодження або руйнування окремих елементів каркаса, то не обов’язково будівля зруйнується повністю, оскільки може встановитися нова рівновага за рахунок особливостей конструктивного з’єднання елементів каркаса.
Якщо сила руйнівної дії була така, що призвела до повної руйнації будинку, то в завалах утворюються порожнечі досить великих розмірів, в яких можуть знаходитися живі люди.
Тому будівлі, в яких використані означені системи, є більш стійкими.
Будівлі, в яких використана стінова система, є більш жорсткими, тому більш чутливо реагують на дію руйнівної сили. Зміни тиску повітря, які впливають на зовнішні стіни, завдяки їх площині можуть приводити до руйнування не тільки стін, а й будівлі в цілому. Вигляд завалів, які утворюються внаслідок руйнування будівель, в яких використана стінова система, буде залежати від матеріалу стін. Цегляна кладка буде давати невеликі за розмірами завали з малими порожнечами в середині. Залізобетонні стіни будуть давати завали на великій площі з утворенням досить великих порожнеч.
Величина або ступінь пошкоджень будівель в цілому характеризується ступенем пошкоджень окремих їх елементів. В таблиці наведено залежність ступеня руйнування будівель та споруд від зміни надлишкового (ΔР) тиску повітря (величина тиску вибухової хвилі), визначено п’ять ступенів пошкоджень будівель.
Таблиця Ступені пошкоджень від впливу надлишкового тиску повітря
Ступінь |
Тиск |
Характеристика |
Руйнування конструкцій
|
А1 |
ΔР = 5 кПа |
Пошкодження |
Руйнування скла, дверей підвісної стелі, пошкодження не несучих елементів |
А2 |
ΔР = 10 кПа |
Слабкі руйнування |
Руйнування не несучих елементів. |
А3 |
ΔР = 20 кПа |
Середні руйнування |
Руйнування не несучих елементів, пошкодження несучих. |
А4 |
ΔР = 30 кПа |
Сильні руйнування |
Часткова руйнація будівлі |
А5 |
ΔР = 50 кПа |
Повні руйнування |
Повна руйнація будівлі |
Руйнування будівель та споруд від впливу сил, викликаних коливанням земної поверхні, поділяються наступним чином .
Таблиця Ступені пошкоджень будівель від коливання земної поверхні
Ступінь |
Характеристика
|
D0 |
Відсутність наявних пошкоджень |
D1 |
Слабкі пошкодження |
D2 |
Середні пошкодження |
D3 |
Важкі пошкодження |
D4 |
Часткова руйнація |
D5 |
Обвали |
Для оцінки ступеня руйнування будівлі за зовнішнім виглядом можна користуватися таким поняттям, як форма руйнування будівлі. Форми руйнування бувають трьох типів .
Таблиця Форми руйнувань будівель
Назва |
Символ |
Характеристика |
Вдарена Ф.1 |
|
Окремі елементи будівлі пошкоджені, але в цілому будівля зберігає свою форму. |
Частково зруйнована Ф.2 |
|
Одна частина будівлі зруйнована, а друга залишилася не пошкодженою, або вдареною |
Повністю зруйнована Ф.3 |
|
На місці будівлі утворилася купа уламків |
Ступені пошкоджень та форми руйнування пов’язані між собою наступним чином .
Таблиця Ступені пошкоджень та форми руйнувань
Ступінь пошкодження |
Форма руйнування
|
|
Надлишковий тиск повітря |
Коливання землі |
|
А1 |
D0, D1 |
Ф.1 |
А2 |
D2 |
Ф.2 |
А3 |
D3 |
Ф.2 |
А4 |
D4 |
Ф.2 |
А5 |
D5 |
Ф.3 |
Класифікація завалів
В залежності від ступеня пошкодження будівель, утворюються завали, які являють собою купу уламків будівельних конструкцій, обладнання, меблів та інженерних комунікацій. Зовнішня форма та ознаки дозволяють класифікувати їх. Класифікація завалів дає можливість заздалегідь розробити стандартний план основних дій рятувальників. В залежності від елементів пошкоджень, завали можна класифікувати наступним чином.
Завали приміщень -приміщення в цілому лишаються не ушкодженими, але підходи до них зруйновано. Такий тип завалів може зустрічатися на кожному поверсі пошкодженої будівлі. В цих приміщеннях можуть знаходитися люди, які потребують допомоги.
Завали окремих приміщень та умовна позначка
Основні дії рятувальників:
- швидко подати свіже повітря в приміщення;
- пошкоджені інженерні комунікації, що ведуть в приміщення, прибрати або перекрити;
- встановити контакт з потерпілими;
- звільнити зруйновані проходи;
- спланувати та провести, за необхідності, проломи стін або стелі;
- забезпечити завалених людей перев’язочними матеріалами, медикаментами, світлом та продовольством.
Завали вдарених приміщень -приміщення отримують пошкодження, за яких частково руйнуються стіни, стеля, перетинки, уламки яких знаходяться повністю або частково у вдареному приміщенні.
Завали вдарених приміщень та умовна позначка
Основні дії рятувальників:
- проникнути у вдарене приміщення, по можливості, через існуючі проходи;
- не допускати по можливості, просування вперед через уламки та зломи перетинок;
- використовувати для проникнення в приміщення стінові проломи та проломи стелі.
Завали засипаних приміщень -приміщення засипаються уламками, коли стеля не витримує додаткової ваги у вигляді уламків, які падають зверху. Матеріал засипання може складатися з уламків цегли, уламків стін, уламків плит, елементів меблів та обладнання.
Завали з засипаних приміщень та умовні позначки
Основні дії рятувальників:
- точно встановити місця, звідки можуть сипатися уламки;
- по можливості, уламки не чіпати та не ворушити;
- проникати в приміщення через стінові проломи;
- для просування вперед використовувати існуючі порожнечі;
- якщо приміщення завалене крупногабаритними уламками, просуватися вперед потрібно вздовж цих уламків.
Завали з конструкцій, які можуть зсуватися – приміщення завалюється великими уламками плит, які мають досить велику площу. На ній розташовуються уламки конструкцій, які можуть зсуватися вниз.
Основні дії рятувальників:
- площадки, які можуть зсуватися, по можливості не ворушити та не навантажувати;
- закріплювати площадки, які можуть зсуватися;
- площадки, які можуть зсуватися можна ворушити тільки в тому випадку, коли це не призведе до погіршення ситуації і потрібно для рятування потерпілих.
Завали з конструкцій, які можуть зсуватися, та умовна позначка
Завали з нашарувань – такий вид завалів виникає, коли крупногабаритні конструкції стін, перекриттів під час руйнування накладаються одне на одне. При цьому між шарами можуть знаходитися дрібні уламки, меблі, обладнання.
Основні дії рятувальників:
- проникати у завал потрібно паралельно нашаруванню;
- використовувати існуючі порожнечі;
- дрібні уламки, меблі, обладнання, яке знаходиться між шарами конструкцій, можна видаляти тільки в тому випадку, коли це необхідно для подання допомоги потерпілим.
- за необхідності пересування крупногабаритних уламків особливу увагу потрібно надавати місцям кріплення кранових строп, враховуючи можливість руйнування конструкції під час її підняття.
Завали з нашарувань та умовна позначка
Завали навколо будівлі – при руйнуванні зовнішніх стін можуть утворюватися завали навколо будівель з зовнішньої сторони.
Основні дії рятувальників:
- по уламках можна ходити тільки після вилучення з під них потерпілих та проникати в завали збоку через існуючі отвори;
- розчищати завал для проїзду техніки, перекриття інженерних комунікацій можна тільки після вилучення потерпілих.
Завали навколо будівлі та умовна позначка
Показником вогнестійкості є межа вогнестійкості конструкції, що визначається часом (у хвилинах) від початку вогневого випробування за стандартним температурним режимом (див рис. ) до настання одного з граничних станів конструкції:
втрати несучої здатності (R);
втрати цілісності (Е);
в
трати
теплоізолювальної здатності (І). Убрати
малюнок
Стандартний температурний режим пожежі.
Значення межі вогнестійкості будівельних конструкцій визначають шляхом випробувань за ДСТУ Б В.1.1-4, за стандартами на методи випробувань на вогнестійкість будівельних конструкцій конкретних видів або за розрахунковими методами відповідно до стандартів і методик, затверджених або узгоджених з центральним органом державного пожежного нагляду.
Показником здатності будівельної конструкції поширювати вогонь є межа поширення вогню (М).
За межею поширення вогню будівельні конструкції підрозділяють на три групи:
М0 (межа поширення вогню дорівнює 0 см);
М1 (М 25 см – для горизонтальних конструкцій; М 40 см – для вертикальних конструкцій);
М2 (М 25 см – для горизонтальних конструкцій; М 40 см – для вертикальних конструкцій).
Класифікація будівель за ступенями вогнестійкості
Вогнестійкість будівлі (здатність будівлі в цілому чинити опір руйнуванню в умовах пожежі) характеризується ступенем вогнестійкості.
По вогнестійкості всі будівлі та споруди діляться на ступені вогнестійкості I, II, III, IIIа, IIIб, IV, IVа, V.
Кожній ступені вогнестійкості відповідає набір конструкцій з відповідними числовими значеннями меж вогнестійкості та меж поширення вогню по них.
До будівель I ступеню вогнестійкості пред’являються самі жорсткі вимоги по межам вогнестійкості та межам розповсюдження вогню по конструкціям, до будівель V ступеню вогнестійкості мінімальні.
Характеристика основних елементів будівель в залежності від ступеню вогнестійкості.
Згідно з ДБН В 1.1-7-2002 «Захист від пожежі. Пожежна безпека об’єктів будівництва»,який встановлює пожежно-технічну класифікацію будівельних матеріалів,конструкцій , протипожежних перешкод, загальні вимоги щодо забезпечення безпеки людей при пожежі, загальні вимоги пожежної безпеки до конструкцій будівель та обладнання їх інженерно-технічними засобами захисту від пожежі залежність ступеню вогнестійкості будівлі від конструктивних характеристик наступна:
Межі вогнестійкості основних будівельних конструкцій.
Межа вогнестійкості сталевих захищених конструкцій залежить від виду та товщини захисного шару і складає 0,75-4,5 годин ( 45 хвилин – 270 хвилин), незахищених – близько 15 хвилин.
Для вогнезахисту металевих конструкцій використовують вогнезахисні покриття, які являють собою суміш термостійких, газоутворюючих і волокнистих наповнювачів, зв'язуючих у водяному розчині. Покриття, які наносяться товщиною в декілька міліметрів на захищаєму поверхню при нагріванні вспучуються і збільшуються в об'ємі до декілька сантиметрів
Ефективним способом збільшення вогнестійкості металевих конструкцій - є охолодження їх водою, яка може подаватися безпосередньо на поверхню конструкції.
Цегляна стіна і перегородка завтовшки 12 см (0,5 цегли) має межу вогнестійкості 2,5 год.
Дерев’яні стіни і перегородки завтовшки 15 см, оштукатурені з обох сторін шаром штукатурки 2 см мають межу вогнестійкості 0,75 год.
Заповнення віконних отворів скляними блоками завтовшки 10 см має межу вогнестійкості 2 год.