Безопасность модульных зданий: возможна ли эксплуатация в экстремальных условиях?

Пожарная безопасность модульных зданий

Чаще всего причиной возгорания становятся очаги, находящиеся внутри помещения. Несколько реже встречаются риски, исходящие от соседних построек, когда не соблюдены меры безопасности и они располагаются в непосредственной близости.

Потенциальными источниками обычно оказываются:

• электрические отопительные приборы;
• использование открытого огня во время бытовых или ремонтных работ;
• находящаяся в неисправном состоянии электропроводка.

Первым средством защиты от возгорания считается правильная эксплуатация модульного здания, постоянный контроль за состоянием имеющегося в нём оборудования.

На стадии проектирования закладывается номенклатура используемых материалов, которые должны отвечать заданным параметрам безопасности.

В данной позиции всего насчитывается 4 класса.

1. Высший уровень надёжности С0 – применяемые комплектующие не подвержены тепловому эффекту и не выделяют токсичных веществ в атмосферу при нагревании.
2. С1 – материалы характеризуются малой степенью горючести.
3. С2 – использование слабо горючих деталей модульной конструкции.
4. С3 – отсутствие требований по степени горючести.

Второй предлагаемый параметр касается характеристик огнестойкости, на которую по своим физическим данным способен используемый материал.

• Стены сохраняют целостность при соприкосновении с открытым пламенем более 2,5 часов, а перегородки 30 мин.
• В негорючих конструкциях стены выдерживают до 2 часов, перегородки до 15 мин.
• Категория, в которой использована большая часть негорючих материалов.
• Большая часть компонентов относится к числу трудносгораемых, а оставшиеся являются горючими.
• Полностью сгораемые материалы.

Следует учитывать, что применение в конструкции гнутого профиля снижает устойчивость к нагреванию. Он уступает сортовому металлопрокату в массе и поперечном сечении, из-за чего является менее надёжным материалом. В целом же выполненные на металлическом каркасе модульные здания с использованием защитных красок способны соответствовать II степени безопасности, что является очень высоким показателем для сборных конструкций.

Огнестойкость модульных зданий

Огнестойкость модульных зданий зависит от материалов, из которых они изготовлены, и степени огнезащиты, применённой при их производстве.

В целом, модульные здания делаются из любых видов стали, алюминия, деревянных каркасов, а также из сэндвич-панелей с различными вариантами утеплительных прослоек. Они могут быть изготовлены с применением доступных огнезащитных технологий, например, с использованием минеральных наполнителей или специальных покрытий.

Кроме того, при проектировании и строительстве модульных зданий учитываются требования пожарной безопасности, включая использование соответствующих материалов, установку противопожарных преград и обеспечение доступа к зданиям для пожарных бригад.

По степени сопротивляемости огню все постройки разделены на пять категорий – от 1 до 5 ступени. Общая огнестойкость рассчитывается по пределу значений, показываемых основными конструктивными элементами здания в соответствии с их функциональной нагрузкой.

• Один из ключевых показателей – огнестойкость несущей конструкции. Для соответствия первой категории она должна выполнять свою функцию в течение 2 часов (R120).
• Незащищённые металлические элементы имеют небольшой предел сопротивляемости. Он соответствует значению R10-R15 (находится в границах 10-15 минут).

Для каждого вида материалов рассчитывается собственный диапазон огнезащиты. Швеллер №18 (ширина 180 мм, полка 70 мм) будет оставаться в рабочем состоянии не более 10 мин (R10), а распространённый двутавр-20 – около 15 мин (R15).

Основная влияющая на время причина – большие значения собственной теплопроводности металлических элементов. Внутри материала не возникает температурного градиента. Он быстро нагревается до критических значений, далее следует ухудшение прочностных качеств, нарушение внутренней структуры и невозможность выдерживать нагрузку, прилагаемую на деталь извне.

Позитивную роль в данном случае играет применение различных огнезащитных средств (мастики, краски, обмазки и другие). В большинстве примеров они обладают свойством вспучиваться при высоких температурах и таким образом изолировать металлическую деталь от источника нагревания. Причём возникающая степень огнестойкости при этом может в несколько раз превосходить параметры, свойственные основному покрытому элементу. Так, всего 2-3 мм специальной обмазки при контакте с огнём создают пористый слой, толщиной до 30-35 мм. Этого хватает, чтобы задержать потерю работоспособности элемента на 45-60 мин. 

Максимальное время защиты, которое могут обеспечить специальные краски металлическим деталям, соответствует значению R90 (огнестойкость второй степени). Добиться уровня первой степени огнестойкости для модульных зданий по объективным причинам невозможно. В основном все подобные конструкции без дополнительной обработки ориентированы на III или IV степени, и лишь применение специальных средств позволяет повысить их огнестойкость ещё на одну ступень.

Огнестойкость модульных зданий традиционно уступает строениям из кирпича и бетона. При выборе быстровозводимого проекта важно обращать внимание на его огнезащитные характеристики, их соответствие требованиям пожарной безопасности, предъявляемым в регионе к такого вида постройкам.

Сейсмоустойчивость модульных зданий

Сборные постройки нередко становятся основной доступной технологией в районах, неблагополучных с точки зрения сейсмической опасности. В силу ряда объективных причин, именно такие проекты могут стать единственным решением, обеспечивающим возможность возведения зданий. Требования к безопасности в таком случае серьёзно возрастают.

В сейсмических районах продолжается горообразовательный процесс. Они характеризуются силой землетрясений от 6 баллов и представляют угрозу для любых зданий, построенных в столь опасных районах. При этом возникающие силы могут быть разнонаправленными и переменными. Конструкция модульного здания должна учитывать все эти обстоятельства и быть готова компенсировать дополнительные нагрузки.

Первым делом необходимо обратить внимание на фундамент. В нормальных условиях модульные дома способны обходиться без этого элемента, но в данном случае его обустройство выглядит обязательным.

• Рассчитываются основные и особые сочетания нагрузочных факторов:

1. масса всех элементов модульной конструкции;
2. сейсмическая карта района;
3. значения собственных колебаний здания;
4. особенности, продиктованные характеристиками используемых материалов;
5. конструктивные и архитектурные детали, влияющие на степень устойчивости;
6. особенности грунта в месте постройки;
7. значения допустимых повреждений во время сейсмической активности и возможные дефекты, полученные в её результате.

• Производится статический расчёт, учитывающий комбинированное действие потенциальных нагрузок.
• В некоторых случаях неблагополучные грунты нуждаются в улучшении. Например, во время землетрясения могут разжижаться водонасыщенные пески. Они требуют предварительного уплотнения, чтобы избежать провальной осадки возведённых на них зданий.
• Постройка модульных зданий в несколько этажей требует увеличения глубины заложения и прочностных характеристик фундамента.
• В сейсмоопасных зонах предпочтение отдаётся строительству сплошных плитных оснований (500 мм и более). В других случаях могут использоваться перекрёстные бетонные ленты.
• Свайный фундамент (в том числе и винтовой) заглубляется до 4 метров. На него крепится цельный ростверк, расположенный на одном уровне с жёсткой заделкой концов свай. Безростверковые конструкции в сейсмоопасных районах делать не разрешается.

Опирание вышележащей конструкции обеспечивается при помощи доборных пластин. Их располагают с шагом не более 80 см. 

Общая структура сборного здания базируется на использовании однотипных модулей, устанавливающихся согласно проектной документации. Длина каждого из них, как правило, совпадает с общей шириной постройки. В нормальных условиях и при отсутствии серьёзных нагрузок на горизонтальную направляющую, такие здания при монтаже могут обходиться даже без крепления соседних элементов. Но при наличии сейсмической опасности такой подход невозможен.

• Производится соединение модулей при помощи сварки через доборные пластины (5 мм и более).
• Должно присутствовать не менее 3 точек сопряжения как с вышестоящими деталями, так и с находящимися в боковой проекции.

Сейсмическая устойчивость определяется при помощи расчёта прочности одной модульной единицы (для одноэтажных строений) или штабеля отдельных элементов. Далее рассматриваются критерии надёжности соединительных узлов и характеристики нагрузок, действующих на здание вместе с установленным в нём оборудованием.

Проекты модульных зданий показывают хорошие практические результаты в сложных сейсмических условиях. Они способны выдерживать запланированные нагрузки и сохранять целостность всей конструкции. Основным требованием для достижения столь высоких показателей является разработки и изготовление элементов сборного сооружения надёжным производителем, имеющим практический опыт в подготовке и реализации подобных проектов.