Технологии движутся вперед, и сегодня каркасные деревянные конструкции спроектированы таким образом, чтобы быть такими же огнестойкими, как и любой другой каркас здания. Новые знания в сочетании с функциональными требованиями пожарной безопасности привели к тому, что строительство из дерева буквально достигло новых высот.
ФАКТ, ЧТО древесина горит, является ахиллесовой пятой для этого материала, на который уже давно распространяется ограничительное законодательство. Поворотный момент для Швеции наступил, когда она вступила в ЕС и приняла новую европейскую директиву по строительным изделиям. С тех пор строительные изделия описывались с использованием общего технического языка, основанного на функциональности, а не материале. Отношение к дереву изменилось, проложив путь к масштабным деревянным конструкциям. После изменения закона в 1994 году в Швеции не было правил, ограничивающих высоту деревянных зданий, если они отвечают требованиям в таких областях, как огнестойкость.
Преобладающие строительные стандарты в первую очередь касаются многих функциональных требований. Основное внимание уделяется тому, как люди в здании защищены и как здание может быть эвакуировано. Таким образом, правила касаются того, как долго структурный каркас должен противостоять огню и как долго противопожарные перегородки сохраняют свою функцию. Существуют также правила относительно того, насколько легковоспламеняющимися могут быть материалы поверхности с точки зрения того, насколько быстро может развиться пожар в соседнем пространстве, известном как противопожарный отсек. Одним из примеров функционального требования является то, что стена между квартирами должна быть в состоянии противостоять огню в течение одного часа, прежде чем он распространится.
Директива о строительных изделиях (CPD) была введена в 1988 г., а в 2013 г. ее заменили Регламентом о строительных изделиях (CPR). Постановление содержит семь основных требований, одним из которых является пожарная безопасность. В случае пожара действуют следующие основные принципы:
- Жильцы должны иметь возможность безопасно покинуть здание.
- Конструктивные элементы здания должны сохранять свою функцию в течение заданного времени.
- Развитие и распространение огня и дыма должны быть ограничены.
- Распространение огня на соседние здания должно быть ограничено.
- Необходимо учитывать безопасность персонала аварийно-спасательных служб.
БИРГИТ ОСТМАН — научный сотрудник SP Trä, отдела древесины Шведского технического исследовательского института SP, последние 30 лет занимается вопросами строительства и пожарной безопасности. Она также является одним из ведущих авторов книги Brandsäkra trähus 3 (Огнестойкие деревянные здания 3), опубликованной в 2012 году.
«Дело в том, что древесина имеет много преимуществ по пожарной безопасности по сравнению с другими материалами. Возьмем, к примеру, сталь, которая, конечно, не горит, но размягчается и теряет структурную целостность. Хотя древесина легко воспламеняется, она горит контролируемым и предсказуемым образом. Древесина также долго сохраняет свою несущую способность, даже во время пожара».
Биргит считает древесину недооцененным ресурсом. В то же время она отмечает, что использование дерева в строительстве сопряжено с определенными рисками, и их нельзя упускать из виду. С сегодняшними знаниями о деревянном строительстве деревянные каркасы могут быть сделаны такими же огнестойкими, как и любой другой каркас здания, но важно обращать внимание на детали, чтобы обеспечить пожарную безопасность.
«Хотя огню требуется много времени, чтобы достичь структурного ядра деревянного каркаса, никуда не деться от того факта, что древесина горит», — говорит Сесилия Унерам, инженер по пожарной безопасности и эксперт по технической противопожарной защите в Шведском Ассоциация пожарной охраны. «Поэтому очень важно правильно решить такие вопросы, как выбор и расчеты несущей конструкции и защитных слоев. Обычно деревянный каркас дополняют защитными панелями и утеплителем, чтобы он сохранял свою функцию».
ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ В деревянном здании может быть обеспечена пассивной или активной противопожарной защитой или их комбинацией. Пассивная противопожарная защита включает в себя секционирование и разделение на отсеки для предотвращения распространения тепла, дыма и газов. Пассивная противопожарная защита также охватывает выбор и определение размеров несущих конструкций и защитных слоев, а также проектирование путей эвакуации. Активная пожарная безопасность может быть обеспечена спринклерной системой, которая гасит или тушит огонь. В этом случае установка бытовых спринклеров может быть компенсирована другим техническим требованием. Например, застройщик, устанавливающий спринклеры, может быть освобожден от некоторых других технических требований пожарной безопасности и может использовать дерево в качестве фасадного материала более чем на двух этажах.
Университет Линнея предлагает курс «Пожарная безопасность в деревянных зданиях» с сентября 2014 года. Курс (на шведском языке) предназначен для тех, кто работает в деревообрабатывающей промышленности, кто хочет улучшить свои знания в области проектирования пожарной безопасности деревянных конструкций. Узнайте больше о курсе atlnu.se
Огнестойкость и профилактика в деревянных домах
Изучение огнестойкости горючих материалов может показаться нелогичным, но деревянное строительство было в центре внимания таких исследований на протяжении десятилетий. Желание использовать преимущества деревянных зданий, сохраняя при этом безопасную окружающую среду, стимулировало исследования как легких деревянных конструкций, так и массивных деревянных конструкций. Результаты этого исследования учитывают прошлые строительные нормы и правила и ведут к изменениям в будущих, позволяя большему количеству проектов извлекать выгоду из стоимости, графика и экологических преимуществ деревянного строительства. По мере роста популярности дерева все большее внимание уделяется методам обеспечения безопасности при строительстве, чтобы снизить опасность возгорания в один из наиболее уязвимых периодов срока службы здания.
Обзор массивной древесины
Легкие каркасные деревянные конструкции распространены в Соединенных Штатах. Однако в настоящее время все больше проектов используют массивную древесину вместо других строительных материалов. Доступны различные типы изделий из массивной древесины, в том числе кросс-ламинированные (CLT), ламинированные гвоздями (NLT), клееные (клееные) пиломатериалы и конструкционные композитные пиломатериалы (SCL). Дополнительную информацию о типичных элементах из массивной древесины и распространенных областях применения можно найти в статье Think Wood «Mass Timber in North America».
Массивные деревянные постройки способны обеспечить уровень огнестойкости, сравнимый со сталью и бетоном. В результате утверждены изменения в 2021 г. Международный строительный кодекс (IBC) введение дополнительных классификаций деревянных конструкций (тип IV-A, тип IV-B и тип IV-C) и позволит возводить трехчасовые деревянные конструкции расчетной массы высотой до 18 этажей (строительство типа IV-A). С этими недавно одобренными изменениями можно ознакомиться на веб-сайте Международного совета по кодексам (ICC).
Когда древесина подвергается воздействию огня, на внешней поверхности образуется слой обугливания. Зона предварительно прогретой древесины существует непосредственно рядом со слоем угля.
Изображения предоставлены AKF Group
Несмотря на растущее желание использовать массивную древесину, на пути широкого использования этих продуктов стоят несколько камней преткновения. Из-за преимущественного использования стали и бетона проектировщики, владельцы и уполномоченные органы (AHJ) могут быть не знакомы с исследованиями пожаров, связанными с массивной древесиной. Кроме того, в то время как новые положения 2021 г. IBC расширить допуски для массивных деревянных зданий, официальное принятие кодекса отдельными юрисдикциями может быть длительным процессом. В результате общественное мнение о крупномасштабных зданиях было построено на фундаменте из стали и бетона. Хотя концепция высоких массивных деревянных зданий является новой, повышение осведомленности и использование материала может помочь изменить это восприятие.
Поведение древесины в условиях пожара
Чтобы понять различные возможности огнестойкости легкой и массивной древесины, проектировщики должны понимать основные характеристики материала при возгорании. Под воздействием тепла огня вся древесина подвергается реакции термического разложения, называемой пиролизом. При нагревании древесины материал распадается на летучие газы и оставляет после себя слой угля. Пламенное воспламенение древесины – это фактически воспламенение летучих газов, выделяющихся в процессе пиролиза. Для получения более подробной информации о науке пиролиза прочитайте Общество инженеров противопожарной защиты (SFPE). Справочник по технике противопожарной защиты.
Слой угля, образующийся во время пиролиза, изолирует оставшиеся слои древесины и замедляет общую деградацию элемента. Часть древесины, непосредственно примыкающая к обугленному слою, подвергается более высоким температурам, чем остальная часть древесины.т.е. зона предварительного нагрева). Как описано в «Техническом отчете № 10» Американского совета по дереву (AWC), считается, что температура основания угольного слоя и начала зоны предварительного нагрева составляет приблизительно 300°C (550°F). За пределами зоны предварительного нагрева древесина имеет температуру, близкую к начальной температуре окружающей среды. Эту область обычно называют «окружающей», «нормальной» или «холодной» древесиной. Как правило, деревянные элементы с большим поперечным сечением выдерживают теплоту огня в течение более длительного времени, поскольку требуется больше времени, чтобы уменьшить размер окружающей зоны до точки критического разрушения конструкции.
Основные критерии огнестойкости
Будь то массивная древесина, легкая древесина или любой другой материал, IBC основывает рейтинги огнестойкости на испытаниях и критериях воздействия ASTM E119, Стандартные методы испытаний для Огневые испытания строительных конструкций и материалов, или Underwriters Laboratories (UL) 263, Стандарт огневых испытаний зданий Строительство и материалы. ASTM E119 обычно используется для проверки огнестойкости, хотя эти два стандарта фактически одинаковы. IBC позволяет обосновывать рейтинги огнестойкости, подвергая сборки испытаниям ASTM E119 или UL 263, или посредством расчетов, предписывающих проектов или другого инженерного анализа (IBC 2018, 703.3, «Методы определения огнестойкости»).
