Степень огнестойкости металлоконструкций: таблица собственных пределов

Степень огнестойкости – один из главных параметров, влияющих на пожаробезопасность строительных объектов. В процессе проектирования новых зданий учитываются все важные моменты, касающиеся пожарной безопасности. Также проводится комплекс мероприятий, направленный на организованное передвижение людей в случае начала пожара.

Высокий уровень стойкости здания к огню дает физическую возможность людям покинуть горящее помещение с минимальными последствиями для здоровья, поскольку наступление предельного момента оттягивается.

Степень огнестойкости устанавливается назначением здания и строго регламентируется нормативно-правовыми документами. Если объект не соответствует нормам по уровню стойкости к огню, вводить его в использование запрещается, так как безопасность людей не может быть гарантирована.

В данной статье разберемся, что такое огнестойкость и критические температурные значения строительных объектов. А также расскажем, как рассчитать предел огнестойкости металла и металлических конструкций.

Общие сведения

Огнестойкость – это придание чему-либо (материалу, конструкции и т.д.) свойств стойкости к огню или негорючести. Такой способ обеспечения защиты от возгорания называется пассивным.

Иными словами, огнестойкость – это способность материалов, строительных объектов и иных элементов конструкций сопротивляться воздействию открытого огня и осуществлению передачи опасных факторов пожара. Определяется предельными значениями и распространением пламени.

Показатели огнеустойчивости:

• Для сооружений практического применения и их частей – степени огнестойкости:
• Для стальных конструкций – предел огнеупорности.

Уровень стойкости помещений, сооружений и в целом объектов к огню, а также их класс пожарной опасности определяется при проектировании системы противопожарных мероприятий в соответствии с 13 и 14 статьей Федерального закона №123.

Обратите внимание! В случае, если архитектор и инженер-конструктор не учли правил, прописанных в законе, строительный объект не может быть введен в эксплуатацию.

Устойчивость к огню определяется временем сопротивления здания или сооружения к воздействию пламени. Критическим называется состояние, когда конструкция полностью разрушается под воздействием огня.

Пожарная опасность для каждого строительного объекта устанавливается на основе пожароопасности материалов и элементов, используемых в процессе его строительства. Таким образом, уровень огнестойкости и КПО позволяет оценить скорость распространения пламени по объекту во время пожара.

Критические для металла температуры

Потеря стойкости металлической конструкции к огню означает критическое состояние объекта, следующий этап которого – полное разрушение.

В зависимости от уровня огнеупорности материалы, используемые в строительстве, делятся на:

• Несгораемые;
• Трудносгораемые;
• Сгораемые.

Главная особенность железных сооружений – практически мгновенная потеря ими своих свойств, которые помогают противостоять пламени. Происходит это из-за высоких температурных значений, которые являются классикой для пожарных ситуаций.

По этой причине предел огнестойкости металлических конструкций без огнезащиты, как правило, составляет от 10 до 20 минут.

Обратите внимание! Четкое время, в течение которого объект будет сопротивляться пламени, может быть установлено после оценки ряда факторов, влияющих на данных параметр, и проведения определенных экспериментов.

Предел огнестойкости определяется скоростью разогрева металла, с использованием которого сооружение было построено. Если пламя взаимодействует с материалом не на постоянной основе (в течение короткого промежутка времени, разово или температурные значения носят скачкообразный характер) металл, по сравнению с окружающими объектами, нагревается медленнее.

При постоянном и интенсивном нарастании температурных значений, особенно если это происходит в очаге пожара, материал способен сохранять свое рабочее состояние лишь на протяжении нескольких минут.

Также, на предел огнестойкости влияют параметры отдельных частей строительного объекта. В данном случае учитывается толщина огнезащитного состава, нанесенного на металл, в целях увеличения времени достижения предельного состояния, и размеры площади нагрева.

Еще один момент, который определяет поведение сделанных из стали конструкций, и позволяет поднять критический уровень огнеупорности – наличие специальных огнезащитных составов.

Таким образом, металлоконструкции в пожарной ситуации могут нагреваться до разных температурных значений. Чтобы оценить состояние строения, нужно взять четкий параметр, определяющий снижение прочностных свойств металла с его накаливанием.

Причины снижения прочности

Главный фактор, по причине которого снижаются прочностные свойства металлоконструкции и она разрушается – высокие температурные значения, воздействующие на сооружение длительное время. Нормальные связи между частями всей конструкции разрушаются, одновременно ослабляются межмолекулярные металлические связи. Причиной второго явления является процесс плавления.

Другими факторами, которые способствуют потере прочностных свойств железных сооружений, являются:

1. Высокая теплопроводность. Она появляется вследствие образования «электронного газа» во время пожарной ситуации.
2. Обезуглероживание верхнего слоя стальных элементов, способствующее возникновению в нем растягивающих нагрузок.
3. Большой перепад температурных значений по сечениям каркаса и металлических перекрытий. Это способствует появлению критических напряжений.

Нормативные требования

Степень огнестойкости металлоконструкций и их предельные состояния определяют и регламентируют следующие нормативно-правовые акты и документы:

1. Федеральный закон №123 от 22 июля 2008 года статья 35 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности».
2. Пособие, разработанное ОАО «НИЦ «Строительство» – «Пособие по определению пределов огнестойкости строительных конструкций, параметров пожарной опасности материалов. Порядок проектирования огнезащиты. Справочный материал».

Классификация

На основе Федерального закона №123 все виды стальных сооружений по критическим состояниям входящих в их состав частей и способности противостоять пламени подразделяются по признакам «R», «E» и «I».

1. «R» – потеря балками, стержневыми системами или колоннами способности выдерживать нагрузку при поддержании нормального функционирования.
2. «E» – Искажение первоначального внешнего вида железного сооружения (этот признак, обычно, используется для оценки состояния ограждающей конструкции.
3. «I» – потеря теплоизолирующих свойств или их снижение до минимальных параметров.

Когда добавляется числовой показатель

Чтобы обеспечить нормальные условия эксплуатации конструкций и соблюдение требований ПБ, необходимо следовать одному главному правилу.

Звучит оно следующим образом: фактический предел стойкости сооружения к огню не должен быть меньше требуемого показателя. Будет лучше, если этот параметр, наоборот, будет превышать установленное значение.

Сравнение требуемого и фактического значения производят по специальной форме.

Обратите внимание! Предел огнестойкости по признаку R определяется только для несущих элементов сооружений. А этот же показатель по RE просчитывается для мезонинов. Значение по фактору E, в свою очередь, справедливо для нижних частей наружных стен (не считая несущих частей конструкции.

Если по одному из этих показателей наблюдается превышение допустимого значения, для сооружения настал предел огнестойкости.

Когда признаки могут быть смешанными

К конструкциям, которые статически взаимодействуют и служат прочной опорой для всей постройки, могут применяться смешанные признаки, например, маркировка RE30, REI120 и т.д. Все эти значения измеряются в минутах или часах.

Степени огнестойкости зданий, строений и пожарных отсеков

Мы выяснили, что уровень огнеупорности объектов зависит от ее составляющих элементов, а именно от их характеристических значений.

Узнать предел огнестойкости стальной конструкции можно по следующей таблице:

Значение критической температуры различных металлических конструкций

Чтобы узнать предельные температурные значения, при которых сооружение теряет свои прочностные свойства и теряет функционально-рабочие способности, воспользуйтесь следующей таблицей:

Эти параметры для большого количества незащищенных металлических частей относительно небольшие, они укладываются в диапазон огнестойкости R10-R15 (для алюминия – R6-R8).

Собственная огнестойкость и огнестойкость огнезащиты

Собственная огнестойкость металлоконструкции – способность строительных элементов сохранять нормальные, рабочие функции в условиях пожарной ситуации, при этом выдерживая нагрузку общей постройки.

Огнестойкость огнезащиты – огнезащитная эффективность покрытий и средств защиты от огня, которые наносятся на несущие металлоконструкции в качестве обеспечения дополнительного слоя, помогающего противостоять сооружению пламени и высоким температурам. Определяется пределом стойкости стального сооружения к огню. А именно временем, в течение которого эта дополнительная защита оберегает металлоконструкцию от быстрого нагревания до критических температурных значений, составляющих 500°C.

Расчетный предел огнестойкости

Расчетный (требуемый, нормированный) предел огнеупорности – значение, которому данное стальное сооружение должно соответствовать по предварительному расчету. Параметр устанавливается с учетом всех предельных состояний, которые могут возникнуть во время пожара при условии открытого огня.

Методика расчета

Основы современного расчета требуемой огнеупорности металлоконструкций представлены в печатном издании 2001 года «Огнестойкость строительных конструкций» авторов И.Л. Мосалков, Г.Ф. Плюснина и А.Ю. Фролова. Для определения предельных значений сопротивления металлоконструкций отведен третий раздел на странице 105-179.

Современная методика расчета пределов огнеупорности металлоконструкций с использованием огнезащитного покрытия представлена в  Методических исследованиях ВНИИПО МЧС «Средства огнезащиты для стальных конструкций. Расчетно-экспериментальный метод определения предела огнестойкости несущих металлических конструкций с тонкослойными огнезащитными покрытиями».

Результат расчета – вывод о ПФ сооружения, учитывая решения относительно ее защиты, используемой от сильного воздействия пламени.

Правила

Технические документы оформляются в соответствии с действующим условиями и правилами ПБ. В основу также вкладывается рабочая документация на строительство, ремонтные работы или реконструкцию объекта.

Порядок проектирования огнезащиты

Этап планировки технических мероприятий, направленных на повышение огнестойкости конструкции, включает в себя следующие действия:

1. Исследование всех документов, используемых при конструировании сооружений.
2. Выявление нормированных пределов стойкости несущих конструкций к огню.
3. Разложение целостной схемы основы постройки на отдельные элементы.
4. Расчет собственных пределов огнестойкости металлических конструкций.
5. Выбор огнезащитных средств.
6. Расчет требуемой толщины огнезащиты для каждой части конструкции.

Критические пределы огнеупорности строительных объектов определяются на основе данных, приведенных в соответствующей таблице.

Оценка собственных пределов

Оценка собственных пределов огнеупорности стержневых железных конструкций проводится по следующей таблице:

Обратите внимание! Параметры оцениваются без огнезащитного слоя.

Приведенная толщина металла

ПТМ строительного материала рассчитывается по следующей формуле:

Приведенная толщина металла = S/P, где

• S – площадь поперечного сечения прокатного металла (определяется в мм2);
• P – периметр обогреваемой части сечения (определяется в мм).

Промежуточные значения собственных пределов

Данные параметры определяются методом линейной интерполяции по формуле:

ПФ = ПФ2 – ПФ1/ПТМ2 – ПТМ1 * (ПТМ – ПТМ1) + ПФ1.

Разберемся с обозначениями:

• ПФ – искомое промежуточное значение собственных пределов;
• ПТМ 1 и ПТМ2 – нижнее и верхнее значение приведенных толщин металла;
• ПФ 1 и ПФ2 – критический предел огнеупорности, соответствующий значениям ПТМ1 и ПТМ2.

Пример расчета

Необходимо определить собственный предел огнестойкости швеллера №18 (ГОСТ 8240-89).

ПТМ этого швеллера равна:

В случае, когда собственной предел огнестойкости стержневого элемента ниже установленного нормами предела огнестойкости несущих конструкций, необходимо проведение мероприятий, направленных сохранение напряженно-деформированного состояния оснований объектов.

Примеры огнезащиты

В качестве огнезащиты для металлических конструкций могут использоваться:

1. Краски.
2. Конструктивная защита.

Рассмотрим их подробнее.

На основе красок

Один из часто используемых способов повышения критических пределов строительного материала – пассивная огнезащита металла. С целью обеспечения пассивной огнезащиты применяются огнезащитные средства – краски. Они наносятся на поверхность стальных объектов, частей общей конструкции. Обработка может производится как руками строителя, так и с помощью специальных инструментов (кистей, шпателей, механизированных дозаторов).

На примере огнезащитного сертифицированного состава «Джокер» рассмотрим использование красок в работе.

Покрытие на основе данного защитного средства предназначено для повышения сопротивляемости металла воздействию открытого огня. Элементы строительного объекта также рекомендуется покрывать краской в зданиях спортивного назначения, в ТРЦ и иных центрах, где бывает частое скопление людей. Сюда же входят открытые помещения без прямого воздействия капельной влаги.

Преимущества огнезащитных красок как средств, используемых для повышения огнеупорности металлоконструкции:

1. Увеличивается стойкость сооружения к частым и сильным скачкам температурных значений.
2. Стойкость к ветровой дефляции.
3. Стойкость к повышенной влажности.
4. Технологичность использования.

Процедура нанесения:

1. Первым делом очищаем поверхность, на которую будет наносится краска. С помощью щеток ее следует обработать растворителем 646 и намыть моющими средствами.
2. Затем инструментом (валиком, кистью, механизированным аппаратом) наносится грунт (материал может быть любым, например, грунт «Акрилак Протект»).
3. Далее, взбив краску электромиксером, ее необходимо нанести (валиком, кистью, механизированным аппаратом) на стальную конструкцию.
4. В конце обеспечивается гидроизоляция (дизайн). Для нее используется средство «Акрилак Финиш».
5. По окончании работ инструменты промываются обычной водой. Могут использоваться специальные средства для полной очистки средств от строительных материалов.

Условия нанесения:

1. Температура воздуха не должна быть ниже +5°C.
2. Влажность воздуха – не более 90%.

Конструктивная огнезащита

Конструктивная огнезащита – способ повышения уровня сопротивляемости металлоконструкций открытому огню, основанный на формировании на обогреваемой поверхности объекта теплоизоляционного слоя средства защиты от пламени.

К данному типу средств относят:

• Напыляемые составы;
• Огнезащитные обмазки;
• Облицовка огнеупорными строительными материалами и т.д.

На примере огнезащитной штукатурной системы «Миронит-Металл» рассмотрим использование данного типа защиты в работе.

Использование огнезащитной штукатурки «Миронит-Металл» предназначено для увеличения стойкостных свойств металлических материалов, в том числе в условиях углеводородного пожара.

Преимущества конструктивной огнезащиты в работе:

1. Увеличивается стойкость сооружения к частым и сильным скачкам температурных значений.
2. Стойкость к влаге.
3. Стойкость к нарушению верхнего слоя, появлению трещин.
4. Высокая прочность сцепления с защищаемым материалом.
5. Можно использовать в ремонтных работах.

Процедура монтажа:

1. Первым делом очищаем поверхность, на которую будет наносится краска. С помощью щеток ее следует обработать растворителем 646 и намыть моющими средствами.
2. Затем любым удобным инструментов наносится грунт ГФ-021.
3. На грунт наносится армирующая сетка толщиной не более 10 мм. Для этого этапа понадобится: сетка, саморезы, перфорированная лента.
4. На сетку специальным аппаратом распыляется состав «Миронит-Металл».
5. В конце обеспечивается гидроизоляция (дизайн). Для нее используется краска «Акрилак Финиш» или «Акрилак Универсал».
6. По окончании работ инструменты промываются обычной водой. Могут использоваться специальные средства для полной очистки средств от строительных материалов.

Условия монтажа:

1. Температура воздуха не должна быть ниже +5°C.
2. Влажность воздуха – не более 85%.

Итак, в данной статье мы выяснили, как узнать степень огнестойкости зданий и сооружений, а также разобрались с процедурой расчета промежуточных значений собственных пределов материала.

При оценке огнеупорности частей металлического строительного объекта (например, лестниц) основное внимание должно направляться на их поведение в критических ситуациях.