Обоснование французского балкона по теплотехническому расчету

   Французский балкон (англ. balconet или balconette, также часто упоминаются как Juliet balconies) — тип балкона, не имеющего собственной балконной площадки — ограждение устанавливается непосредственно в проеме с наружной стороны, прямо перед дверью. Возможен также вариант с площадкой, но очень узкой, достаточной лишь для того, чтобы можно было поставить ногу («выйти на балкон»).

   В соответствии с п. 5.2.2.5 ГОСТ Р 56926-2016 «Национальный стандарт Российской Федерации. Конструкции оконные и балконные различного функционального назначения для жилых зданий. Общие технические условия» при устройстве «французских балконов» применяются балконные блоки с одним полотном и частью глухого остекления, с двумя и более полотнами с/без частей глухого остекления. При этом предусматривается обязательное устройство дополнительного защитного ограждения с наружной стороны светопроема. Все створки такого балконного блока открывающиеся для возможности проведения периодического обслуживания конструкции.

   Дополнительное защитное ограждение "французского балкона" (см. рис.1) выполняется с учетом требований ГОСТ 23166 и обеспечивает невозможность выпадения человека наружу. Оно может выполняться в том числе с применением светопрозрачного заполнения либо защитных решеток при условии соответствия требованиям 5.3.2.5 ГОСТ Р 56926-2016.

    Рисунок 1 – Панорамное балконное остекление в пределах высоты этажа.

   Согласно п. 5.4.18 СП 2.13130.2020 «Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты» при наличии в наружных стенах зданий I – IV степеней огнестойкости открытых проемов или проемов с заполнением (в том числе светопрозрачным) с ненормируемыми пределами огнестойкости необходимо обеспечить выполнение следующих требований:

   а) в местах примыкания к перекрытиям высота междуэтажного пояса должна быть не менее 1,2 м. Предел огнестойкости междуэтажного пояса по признаку потери целостности €, должен быть предусмотрен не менее требуемого предела огнестойкости примыкающего перекрытия, но не более 60 минут;

   д) требования по огнестойкости и высоте противопожарных междуэтажных поясов не распространяются:

   на двери лоджий и балконов, имеющих выступ плиты балкона не менее 0,6 м, а также на эвакуационные выходы.

  Таким образом, при ширине выступа плиты балкона менее 0,6 м требуется устройство междуэтажных поясов высотой не менее 1,2 м. 

  Также, в соответствии с п. 1.3 в) ГОСТ 31251-2008 «Межгосударственный стандарт. Стены наружные с внешней стороны. Метод испытаний на пожарную опасность» расстояние между верхним обрезом оконного проема и нижним обрезом оконного проема, расположенного выше этажа, должно быть не менее 1,2 м.

   В п. 1.4 ГОСТ 31251-2008 указано, что при несоответствии здания и наружных стен здания любому из требований, перечисленных в 1.3, испытательная лаборатория имеет право предлагать заказчику испытаний провести испытания по методам, регламентированным другими стандартами, или выполнить натурные огневые испытания фрагмента здания и на основании результатов этих испытаний согласовать в установленном порядке области применения этих конструкций.

   ГОСТ 31251-2008 входит в перечень № 365 к Федеральный закону от 30.12.2009 № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», по которому отступление от добровольных норм должно быть обоснованно в рамках ст.15 №384-ФЗ.

   Оценка принятых проектных решений, обеспечивающих нераспространение пожара по фасаду Объекта, требованиям пожарной безопасности, а именно: оценка возможности распространения пожара по фасаду здания при фактическом пределе огнестойкости горизонтального междуэтажного пояса, к которому примыкает остекление с внутренней стороны здания, не менее EI45 и его высоте между первым и вторым этажом не менее 0,36 м высотой.
Описание методики расчета.
   Моделируемый пожар возникает в помещении пожара, за очаг пожара приняты предметы вещественной обстановки помещения (мебель, бытовые изделия и т.п.). Возгорание начитается от источника зажигания помещении очага пожара, по которому равномерно распределена пожарная нагрузка, и распространяется радиально по нагрузке из центра в стороны.

   В начальный момент времени окна в помещении, выходящие на фасад, принимаются закрытыми, в течение развития пожара под потолком помещения формируется дымовой слой, состоящий из горячих продуктов горения.       Остекление фасада постепенно прогревается и за счет перепада температур между поверхностью со стороны горящего помещения и внешней поверхностью происходит его разрушение, оконный проем вскрывается.

За счет притока кислорода к очагу пожара горение интенсифицируется, происходит общая вспышка, и температура в помещении существенно повышается, приводя к разрушению остекленного фасада.

Разрушение остекления и вскрытие проемов происходит при постоянной температуре свыше 95°С в течение 74 с.      Данные значения получены в ходе натурных огневых испытаний при «стандартном» режиме пожара внутри помещения, поэтому применяются в качестве критерия, при котором происходит вскрытие остекления в горящем помещении.

   Одновременно с общей вспышкой происходит выброс пламени через проемы, происходит тепловое воздействие и прогрев остекления вышележащего этажа. Температура остекления определяется расчетом.

Критерием оценки для распространения пожара по фасаду через остекленные проемы, которые могут находиться в открытом положении, является достижение температуры, равной температуре воспламенения пожарной нагрузки в открытом проеме (250°С).

   Для глухих остекленных проемов критерием распространения пожара по фасаду является начало вскрытия остекления в помещении над этажом пожара, обусловленное его прогревом до температуры 350°С, которое соответствует как минимальной температуре самовоспламенения твердых горючих материалов, так и температуре начала вскрытия остекления.

    Воздействие теплового излучения на горючие материалы, находящиеся за остекленными оконными проемами, при расчете учтены как воздействие на проем, заполненный материалом с qкрит = 15 кВт/м2 (А.3.3 СП 4.13130.2013).
Схема модели приведена на рисунке ниже:

Рисунок 2 - Концептуальная схема модели.

   Пожарная нагрузка считается равномерно распределенной по полу помещения. Горение начинается в центре нагрузки, пламя распространяется по нагрузке радиально, пока не будет охвачена вся нагрузка. Площадь пожара принимается равной площади помещения.

   Принимается, что в расчетный период времени количество нагрузки достаточно, и выгорание нагрузки не происходит, за счет чего заданная мощность пожара не снижается. Также принимается, что горение происходит при достаточном количестве кислорода.

   В модель включены помещение пожара и часть окружающего пространства снаружи фасада здания от пола 1-го этажа до потолка 2-го этажа Объекта. Время моделирования принято равным с запасом 3600 с (60 мин).

Рисунок 3 - Внешний вид модели (фасад), красный контур – противопожарный пояс, синий контур – границы рассматриваемой области, желтыми точками – датчики температур и теплового потока.

Рисунок 4 - Схема модели внутри помещения.

Для управления расчетом и получения данных использовались следующие измерители:

- измерители температуры остекления облучаемого фасада;

- измерители теплового потока на облучаемом фасаде.

Измерители температуры остекления облучаемого фасада располагались внутри остекления и были ориентированы наружу, в сторону окружающей среды и воздействия пламени или дыма.

Датчики на окне расположены сеткой 0.35-0.5 (по оси X – 5 датчиков в ряде), 0.15-1.0 (по оси Z – 6 датчиков в ряде). На окно приходится 60 датчиков, 30 датчиков температуры и 30 – теплового потока.

Рисунок 5 -Расположение датчиков в расчетном сценарии.   

   За расчетное время (3600 с) остекление критические температуры и тепловые потоки для помещения 2-го этажа не достигли.

    Ниже приведены графики температуры на измерительных датчиках.

    Температура на облучаемом фасаде:

Рисунок 6 - Температура остекления облучаемого фасада датчики 1-15 (°С).Рисунок 7 - Температура остекления облучаемого фасада датчики 16-30 (°С).

Рисунок 8 - Падающий тепловой поток на облучаемом фасаде датчики 1-15 (кВт/м2).

Рисунок 9 - Падающий тепловой поток на облучаемом фасаде датчики 16-30 (кВт/м2).

Расчет показал, что в рассмотренном сценарии в течение расчетного времени выбранные критерии распространения пламени на вышележащий этаж при рассматриваемых условиях не достигают своих критических значений, таким образом распространения пламени на вышележащий этаж при рассмотренных условиях не происходит при заданной ширине противопожарного горизонтального пояса.