Требования к огнезащите металлоконструкций

Значительная часть современных производственных и коммерческих зданий построена с использованием стальных несущих каркасов. Эффективная огнезащита металлоконструкций в таком случае приобретает исключительную важность. Под воздействием высоких температур во время пожара силовые и опорные элементы теряют устойчивость, что приводит к частичному или полному обрушению сооружений.

Рисунок 1 Нанесение огнезащиты на конструкции кровли

Огнезащита стальных несущих конструкций регламентируется нормативно-техническими документами: стандартами, строительными нормами и правилами. Устанавливается классификация по пожарной опасности, определяются виды используемых средств и методика расчета эффективности. Проводятся испытания качества защиты от открытого пламени и высоких температур. 02

Классы пожарной опасности

Метод проверки металлоконструкций на устойчивость в условиях термического воздействия определяется ГОСТ 30403-2012. Под действие этого документа подпадают силовые и ограждающие элементы зданий без проемов:

• Наружные и внутренние стены, перегородки и покрытия.
• Перекрытия, лестничные площадки и марши.
• Колонны, фермы, ригели, рамы, балки, связи и арки.
• Преграды противопожарные.

В основу упомянутого метода положена практика проведения контрольных испытаний, позволяющих установить величину пожарной опасности для металлоконструкций. Этот показатель определяется временем, в течение которого исследуемый элемент будет сохранять несущую способность.

Рисунок 2. Нанесение огнезащитных материалов на металлоконструкции

Указанным стандартом вводятся классификация металлоконструкций, определяемая по времени термического воздействия:

• К0 (15) – 15 минут.
• К1 (30) – 30 минут.
• К2 (45) – 45 минут.
• К1 (30)/К3(45) – 30 и 45 минут.

Помимо временного фактора при определении класса опасности стальные конструкции учитываются:

• В процессе воздействия происходит горение или разложение материалов с выделением тепловой энергии.
• Воспламенение расплавов и газов, образующихся при нагреве защитных покрытий металлоконструкций.
• Степень повреждения стальных элементов и материалов, из которого они состоят, по причине горения или термического разложения.
• Иные показатели пожарной опасности металлоконструкций, претерпевших изменения при тепловом воздействии.

К таким характеристикам материалов относят их горючесть, воспламеняемость и способность к дымообразованию при нагреве. Количественная и качественная оценка упомянутых показателей для металлоконструкций производится по соответствующим стандартам или с использованием испытаний по идентификационному или калориметрическому методу. 05

Основные разновидности средств огнезащиты стальных конструкций

Высокотемпературное воздействие на металлические силовые элементы зданий и сооружений приводят к изменениям структуры и другим деструктивным последствиям. Способы огнезащиты конструкций, изготовленных из стального проката, определяются действующим СП 112.13330.2011:

• Нанесение специальных покрытий, предохраняющих поверхность металлоконструкций и повышающих стойкость к высоким температурам.
• Использование конструктивных элементов, экранирующих стальные части зданий и сооружений от перегрева и открытого пламени.
• Комбинированный. Предусматривает использование огнезащитных покрытий и специальных термостойких экранов.

Для защиты металлоконструкций применяются лакокрасочные покрытия, которые при нагреве выше определенной температуры вздуваются и образуют пористый слой. Толщина последнего может достигать 20-25 мм, и он обладает крайне низкой теплопроводностью.

Рисунок 3. Работы по огнезащите стальных несущих конструкций

В качестве огнезащитных экранов применяются плиты из базальтового волокна, которые не горит и при нагреве не выделяет воспламеняющихся и токсичных газов. Используются также огнеупорные асбестоцементные плиты и другие материалы.Для особо ответственных металлоконструкций или отдельных узлов применяются комбинированные методы огнезащиты. Поверхность силовых элементов окрашивается специальными красителями и дополнительно закрывается термостойкими экранами. Такое техническое решение позволяет существенно снизить риск деформации или разрушения критических элементов.

Методика расчета эффективности огнезащиты

Выбор средств и способов защиты металлоконструкций определяется в процессе проектирования зданий и сооружений. Проводятся предварительные расчеты эффективности огнезащиты, которые составляют один из разделов документа и включает следующие подразделы:

• Исследования строительных металлоконструкций и выявление их особенностей.
• Выбор определенного способа огнезащиты и подготовка технико-экономического обоснования.
• Составление описания методики создания огнезащиты стальных несущих и ограждающих конструкций в соответствии с действующими строительными нормами.

Расчетно-проектная документация содержит графические материалы (общие и рабочие чертежи и технологические схемы) и спецификации.

Рисунок 4. Оценка эффективности огнезащиты металлоконструкций

При проведении расчетов значений эффективности выбранного способа огнезащиты вычисляются основной показатель — приведенная толщина металла. Рассчитывается для мест наиболее вероятного контакта с огнем. Вычисляется как соотношение площади зоны непосредственного воздействия огня к общей длине всей поражаемой поверхности. Последнее берется из материаловедческих справочников. Расчет проводится по следующей формуле:F=S*10/P; F — показатель приведенной толщины; S – площадь сечения в поражаемой зоне; P – общая длина (периметр) металлоконструкции.Расчеты эффективности огнезащиты выполняются для каждой металлоконструкции и отдельных ее элементов. На основании этого показателя подбирается оптимальный по соотношению стоимости и качества способ огнезащиты и достаточная толщина покрытия.

Рисунок 5. Проверка качества огнезащитных покрытий

Контрольные испытания качества огнезащиты

Оценка выбранного метода осуществляется аттестованными специалистами независимой организации, имеющей лицензию на проведение исследований такого рода. Контрольные испытания огнезащиты стальных строительных конструкций проводятся в соответствии с требованиями ГОСТ 30403-2012. Исследования образцов проводятся в лаборатории с использованием следующего оборудования:

• двухкамерной установки с регулированием режимов нагрева;
• оборудования впрыска и сжигания горючего;
• кронштейна для удержания испытуемых образцов;
• системы регистрации и снятия параметров.

Испытания образцов металлоконструкций осуществляется при температуре от 10 до 40 ⁰C и влажности воздуха от 56 до 64%. Элементы исследуются в ненагруженном состоянии, для несимметричных изделий нагрев производится для каждой из сторон. В процессе исследований фиксируются температуры в камерах, способность выделяемых газов к воспламенению и возможность появления горящего расплава.

Рисунок 6. Проведение испытаний эффективности огнезащиты металлоконструкций

Группы по огнезащитной эффективности

Материалы, используемые в качестве покрытий для строительных металлоконструкций, различаются по степени устойчивости к термическому воздействию. В соответствии с действующим НПБ 236-97 материалы огнезащиты подразделяются на пять групп в зависимости от времени достижения температуры в 500⁰C: первая – 150 минут и больше; вторая — 120 минут; третья — 60 минут; четвертая — 45 минут; пятая — 30 минут.Группа эффективности материалов, применяемых для защиты от огня, определяется в ходе контрольных испытаний, которые проводятся с помощью огневой установки. Результаты исследований заносятся в протокол с заключением, которое аттестованным специалистом.Соблюдение требований по эффективности огнезащиты строительных металлоконструкций позволяет сохранить их несущую способность при высокотемпературном воздействии. При возгораниях силовые элементы будут сохранять устойчивость, что минимизирует ущерб от пожара.