Фасады зданий считаются одним из важнейших элементов здания, особенно в случае пожара, когда плохая работа фасадного декора приводит к сильному распространению огня и повреждению зданий, включая человеческие жертвы. В последнее время наблюдается значительное улучшение дизайна фасадов для обеспечения превосходных характеристик здания с точки зрения энергоэффективности и требований к эстетической привлекательности. Эти изменения кардинально меняют поведение современных фасадных декоров при пожаре и создают защиту для безопасности здания и экономических потерь в случае пожара. В статье рассматривается влияние облицовочного материала, геометрии фасада, пустот. Представлены и всесторонне сопоставлены методы испытаний, которые могут быть использованы для прогнозирования распространения пламени и дыма. Также освещаются такие важные аспекты, как горючесть материалов и дальнейшие исследования характеристик фасадов в условиях пожара.
Фасадный декор- это кожа здания, которая отделяет его от внешней среды. В связи с современной тенденцией развития концепции "зеленого" здания и устойчивого строительства большое внимание уделяется энергоэффективности фасада. Новые энергоэффективные легкие материалы с хорошими теплоизоляционными свойствами используются для снижения теплопоступлений и теплопотерь через фасад. Однако поведению таких фасадов в случае пожара уделяется меньше внимания. Новые конструкции фасадов часто приводят к значительным изменениям в их пожароопасном поведении и роли в распространении огня по зданию. Фасады могут быть критическим элементом в распространении огня в здании, и проектировщики должны уделять этому особое внимание. Здания с несоответствующими требованиям фасадами представляют собой риск для безопасности людей и могут привести к значительным экономическим потерям в случае пожара. В настоящее время отсутствует критический обзор того, как современные фасады ведут себя при пожаре и адекватно ли действующие строительные нормы безопасности учитывают эти изменения. В данной статье рассматриваются существующие рекомендации по проектированию фасадов с учетом требований пожарной безопасности и указываются направления, в которых необходимы улучшения. В ней также рассматриваются различные свойства фасадов, влияющие на поведение при пожаре, и описываются некоторые методы прогнозирования, используемые для моделирования поведения фасадов при пожаре.
Облицовочные материалы
Среди других факторов, влияющих на пожарные характеристики фасада, ключевым компонентом являются материалы, из которых он изготовлен. Поэтому горючесть материалов фасада является ключевой характеристикой, которая проверяется для оценки его соответствия нормам пожарной безопасности. В этом разделе мы рассмотрим влияние некоторых наиболее часто используемых в фасадах материалов.
Древесина является широко используемым строительным материалом, особенно для жилых и малоэтажных зданий. С появлением таких инноваций, как клееный брус и поперечно-ламинированный брус, древесина все быстрее становится основным материалом для многоэтажных зданий. Несмотря на горючесть, ее низкая теплопроводность и пиролиз (химическое разрушение под воздействием огня) позволяют ей быть стабильным конструктивным элементом в условиях пожара. Под воздействием огня древесина претерпевает следующие физические, химические и структурные изменения.
Нагрев: деревянные элементы нагреваются, и влага, содержащаяся в их пустотах, начинает испаряться.
Давление: вновь образовавшаяся влага создает давление, которое вызывает поток пара и жидкой воды.
Пиролиз: по мере нагрева древесины повышается температура, обычно до 300 ºC, и происходит пиролиз с образованием горючих газов, сопровождающийся потерей массы (термическая деструкция).
Развитие пиролиза: фронт пиролиза перемещается в девственную древесину, расположенную на большей глубине положения и повышает температуру всего элемента.
Обугливание: слой обугливания (частично сгоревший внешний слой черного цвета) не способен воспринимать какие-либо нагрузки, что приводит к увеличению напряжения в уменьшенном сечении. Однако он действует как теплоизоляция для остальной части сечения. Инновационные деревянные фасады используются в зданиях с улучшениями, позволяющими им адекватно противостоять огню.
При использовании в качестве облицовки обычные деревянные листы могут плохо противостоять огню, однако последние исследования показывают, что фасад из и поперечно-ламинированного бруса отлично справляется с этой задачей и часто ведет себя так же, как негорючий материал.
Кроме того, для ограничения риска распространения огня можно использовать следующие методы пассивной огнезащиты:
- Применение огнезащитной обработки для улучшения реакции облицовочного материала на огонь.
- Изменение геометрии фасада; o предотвращение контакта между огненным шлейфом и горючей облицовкой.
- Предусмотреть дефлекторные элементы, способные изменить траекторию движения пламени и предотвратить его прохождение в другие помещения.
Стекло
Использование стекла для внешней облицовки популярно благодаря его прозрачности, эстетичному внешнему виду и долговечности. С появлением концепций "зеленых" зданий, направленных на снижение энергопотребления, стеклянные фасады часто становятся оптимальным решением, поскольку позволяют эффективно использовать солнечный свет. Закаленное стекло, стеклопакет, ламинированное стекло и фасады с двойным стеклом - вот некоторые распространенные типы стеклянных фасадов, используемых в зданиях. Однако остекленный фасад - это самая слабая часть здания при пожаре. Вследствие своей хрупкой природы стекло склонно к растрескиванию и разрушению под воздействием огня с минимальным предупреждением. Это приводит к потере целостности фасада, создавая канал для проникновения свежего воздуха, формируя путь для распространения огня за пределы помещения, в котором возник пожар, что ускоряет развитие пожара. Это подчеркивает тот факт, что, хотя стекло не является горючим материалом, риск распространения огня из-за разрушения остекления нельзя игнорировать. Экспериментальные исследования показали, что фасады с рамным креплением стекла более подвержены разрушению, когда огонь локализуется в центре стекла с точечным креплением. Фасады также более подвержены разрушению, когда огонь расположен близко к точкам крепления. Другое исследование, проведенное на различных типах стеклянных фасадов, показало, что стеклопакеты и многослойное стекло более устойчивы к огню, чем однослойное стекло. Кроме того, многослойное стекло работает лучше благодаря наличию гелевого слоя, удерживающего треснувшее стекло вместе, что позволяет избежать образования вентиляционного отверстия, вызванного огнем. Таким образом, с точки зрения пожарной безопасности многослойное стекло рекомендуется для высотных зданий по сравнению с изолированным и одинарным стеклом благодаря его способности предотвращать выпадение стекла и ограничивать быстрое распространение огня на другие этажи.
Композитные материалы
Композитные материалы используются в фасадном декоре для замены традиционных материалов, таких как сталь, древесина и бетон, благодаря их высокой прочности и жесткости в сочетании с низкой плотностью и высокой гибкостью. В этом разделе рассмотрим использование алюминиевых композитных панелей (АКП), армированных волокнами полимеров (АВП), армированных стекловолокном полимеров (АСП) и вспененного полистирола (ВП). Алюминиевые композитные панели (АКП) - это плоские панели, изготовленные из алюминиевых композитных материалов (АКМ), которые состоят из двух или более слоев, скрепленных между собой. Основными компонентами АКП являются два внешних алюминиевых листа, покрытых негорючей краской или аналогичными покрытиями, а затем скрепленных вместе с негорючим полиэтиленом в сочетании с негорючим сердечником или горючим сердечником. Алюминий известен как гибкий и прочный материал, который может выдерживать экстремальные погодные условия (водонепроницаемость) и противостоять воздействию вредного ультрафиолетового излучения. Таким образом, АКП могут прослужить долгое время.
Предлагаемые на рынке алюминиевые композитные панели бывают разных цветов и размеров, но обычно имеют толщину от 3 мм до 6 мм. Алюминиевые композитные панели широко используются для фасадного декора зданий, облицовки наружных и внутренних стен и колонн, шумо- и теплоизоляции, а также вывесок. Среди преимуществ АКП - простота монтажа, низкая стоимость обслуживания, архитектурная привлекательность, легкость и отличные свойства фасадной кожи. Существенной проблемой панелей АКП использование горючих материалов при изготовлении или неправильный монтаж.
Полимер, армированный волокнами все чаще используют в современных зданиях благодаря его способности создавать экономической эффективности, гибкости в эстетике, долговечности и устойчивости к атмосферным воздействиям. Однако проблема заключается в их огнестойкости. Стеклопластики обладают теплопроводностью, которая так же низка, как у дерева и бетона. Результаты экспериментов показывают, что стеклопластики обладают низкой теплопроводностью и низким уровнем пиролиза. Однако для оценки общего поведения в условиях крупномасштабного пожара недостаточно убедительных данных. Поэтому стеклопластики, используемые в фасадном декоре, должны подвергаться крупномасштабным огневым испытаниям. Полимер, армированный стекловолокном - это особая форма, которая имеет очень высокое соотношение прочности и веса, долговечна и очень устойчива к атмосферным воздействиям, поэтому является хорошим выбором для внешней облицовки зданий, фасадного декора. Исследование фасада, содержащего композитные грани из стеклопластика и сердцевину из вспененного полиэтилена с добавлением огнезащитных ненасыщенных полиэфирных смол и гелевых покрытий, показало, что он может отвечать требованиям пожарной безопасности по скорости выделения тепла. Однако с характеристиками, связанными с дымом, возникают проблемы. Численный анализ показывает, что использование смолы, смешанной с огнезащитным гидратом гидроксида алюминия, и гелевого покрытия может ограничить скорость образования дыма. В другом исследовании изучалась применимость фасадных панелей в сборных модульных зданиях, и был сделан вывод, что пожарные характеристики блока с композитными панелями значительно превосходят традиционные фасадные системы по скорости выделения тепла. Зарегистрированные температуры стен были значительно ниже стандартной кривой пожара "время-температура" в композитном фасаде без остекления. Однако, несмотря на многообещающие результаты, безопасность использования все еще не доказана. Дальнейшее изучение использования этого продукта явно оправдано.
Расширенный полистирол
Существуют внешние теплоизоляционные композитные материалы для фасадного декора, включающие изоляцию EPS с тонким покрытием (отделкой). Хотя общая энергетическая эффективность здания повышается при использовании такой системы, высокая горючесть ППС создает высокий пожарный риск для зданий с такими фасадами. Экспериментальное исследование, проведенное с целью выявления влияния падающего теплового потока на фасад и повреждение облицовки, показало, что теплового потока 30 кВт/м2 достаточно для растрескивания испытанной облицовки. За этим последовало внутреннее горение EPS. Поврежденная облицовка вызвала быстрое распространение огня с выделением дыма. EPS с низкой температурой плавления также увеличивает риск возникновения источника огня при отсутствии надлежащей герметизации EPS. Поэтому для обеспечения безопасности фасадных систем с использованием EPS необходимо исключительно качественное исполнение и надлежащее техническое обслуживание. Различные типы фасадных панелей используются по всему миру, но недавние катастрофические события предупредили отрасль о необходимости развития понимания поведения современных фасадов при пожаре. Влияние различных свойств фасада, особенно горючести, было представлено как ключевая характеристика, которую необходимо проверять на соответствие требованиям. Среди других факторов, влияющих на огнестойкость фасадных элементов, - геометрия, пустоты, а также внешние факторы, такие как ветер и пространство между зданиями. Геометрия в значительной степени влияет на быстрое распространение огня. Полости между внешней стеной и фасадным элементом, а также внутри самого фасадного элемента также влияют на пожарную опасность. Сравнение различных методов испытаний, признанных представлено для того, чтобы помочь понять различные принципы испытаний, в соответствии с которыми фасадные элементы разрабатываются для обеспечения пожарной безопасности. Несмотря на существование этих стандартов и передовых методов, таких как компьютерное моделирование, все еще существуют трудности в представлении реальных сценариев пожара и в прогнозировании реального поведения огня, что требует дальнейших исследований.