Применение огнезащитных составов значительно увеличивает стоимость стального каркаса здания — до 100% от стоимости металлопроката покрываемых элементов. В материале рассмотрены случаи, при которых огнезащита металлоконструкций (в первую очередь для несущих металлических конструкций) может не предусматриваться, а также способы обоснования такого решения.
Какие нормативные документы регулируют этот вопрос?
- Федеральный закон № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» — устанавливает требуемые пределы огнестойкости конструкций в зависимости от степени огнестойкости здания.
- СП 2.13130.2020 «Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты» — это свод правил, который устанавливает общие требования по обеспечению огнестойкости зданий, сооружений и пожарных отсеков.
В каких случаях огнезащита стальных конструкций не требуется?
В практике проектирования часто возникает вопрос: нужна ли огнезащитная обработка для конкретного элемента.
Согласно пункту 5.4.3 СП 2.13130, если требуемый предел огнестойкости конструкции установлен R 15 (RE 15, REI 15), допустимо использовать незащищённые стальные конструкции при выполнении одного из двух условий:
- Предел огнестойкости конструкции по результатам испытаний или расчётов должен составлять R 8 и более.
- Приведённая толщина металла конструкции, определённая в соответствии с ГОСТ Р 53295, должна быть не менее 4 мм.
Подробнее о требованиях к приведённой толщине металла для различных элементов можно почитать в статье.
Таким образом, при требуемом пределе огнестойкости R 15 (RE 15, REI 15) допускается отсутствие огнезащиты при соответствующем обосновании. При требуемом пределе огнестойкости выше R 15 требуется проведение огнезащитной обработки стальных конструкций.
Согласно таблице 21 федерального закона № 123-ФЗ предел огнестойкости R 15 назначается для следующих конструкций:
- Несущие колонны, перекрытия и бесчердачные покрытия (фермы, балки, прогоны) для зданий IV степени огнестойкости.
- Бесчердачные покрытия (фермы, балки, прогоны) для зданий II–IV степени огнестойкости.
Для конструкций зданий и сооружений V степени огнестойкости предел огнестойкости не нормируется, огнезащитная обработка стальных конструкций не требуется.
Таблица №21 федерального закона № 123-ФЗ
| Степень огнестойкости зданий, сооружений и пожарных отсеков | Предел огнестойкости строительных конструкций | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Несущие стены, колонны и другие несущие элементы | Наружные ненесущие стены | Перекрытия междуэтажные (в том числе чердачные и над подвалами) | Строительные конструкции бесчердачных покрытий | Строительные конструкции лестничных клеток | |||
| настилы (в том числе с утеплителем) | фермы, балки, прогоны | внутренние стены | марши и площадки лестниц | ||||
| I | R 120 | E 30 | REI 60 | RE 30 | R 30 | REI 120 | R 60 |
| II | R 90 | E 15 | REI 45 | RE 15 | R 15 | REI 90 | R 60 |
| III | R 45 | E 15 | REI 45 | RE 15 | R 15 | REI 60 | R 45 |
| IV | R 15 | E 15 | REI 15 | RE 15 | R 15 | REI 45 | R 15 |
| V | не нормируется | не нормируется | не нормируется | не нормируется | не нормируется | не нормируется | не нормируется |
Обеспечение приведённой толщины металла
В инженерной практике отсутствие огнезащитной обработки при требуемом пределе огнестойкости R 15 часто обосновывается именно обеспечением приведённой толщины металла более 4 мм. Обычно в таком случае сечения всех элементов конструкции (например, стропильной фермы) подбирают таким образом, чтобы обеспечить требуемую приведённую толщину металла.
Например, этот способ отказа от работ по огнезащите отражён в альбомах технических решений покрытий, где все элементы ферм соответствуют минимальной приведённой толщине металла 4 мм.
Расчётно-аналитический метод определения фактического предела огнестойкости
В п. 5.4.3 СП 2.13130 допускается обоснование предела огнестойкости проведением испытаний или расчётов.
Ниже рассмотрена методика расчёта собственных (фактических) пределов огнестойкости стальных конструкций аналитическим методом, приведённым в СТО АРСС 11251254.001-018-03 «Проектирование огнезащиты несущих стальных конструкций с применением различных типов облицовок» [1].
- Данная методика реализована в калькуляторе Определение предела огнестойкости
Расчёт основывается на определении критической температуры — это состояние, при котором прочностные характеристики стали снижаются до уровня рабочих напряжений в сечении. Итогом теплотехнического расчёта является время прогрева металла от начала пожара до достижения этой температуры (это и есть предел огнестойкости).
Для оценки фактического предела огнестойкости стальной конструкции расчётно-аналитическим методом необходимо последовательно выполнить две основные задачи: прочностную (статическую) и теплотехническую.
Ниже представлено пошаговое руководство:
- Вид нагружения и закрепления элемента, для которого проводится расчёт (центральное сжатие/растяжение, изгиб, тип опирания).
- Геометрические характеристики сечения: площадь поперечного сечения (F), момент сопротивления (W), момент инерции (Jmin), периметр обогрева (П).
- Характеристики стали: нормативное сопротивление стали (Ryn).
- Условия нагружения: продольное усилие (Nn) или изгибающий момент (Mn).
-
Вычисление коэффициентов снижения прочности:
- Для растянутых и изгибаемых элементов рассчитывается температурный коэффициент снижения предела текучести γт. Например, для изгиба: \gamma_t = \frac{M_n}{R_{yn} \cdot W}
- Для сжатых элементов дополнительно рассчитывается коэффициент снижения модуля упругости γe, который учитывает потерю устойчивости: \gamma_e = \frac{N_n \cdot l_{ef}^2}{\pi^2 \cdot E_n \cdot J_{min}}
-
Определение критической температуры (tкр):
- Используя полученные коэффициенты γт и/или γe, необходимо найти соответствующее значение температуры в таблице А.1 приложения А Методического пособия [2].
- Если расчётное значение коэффициента находится между табличными, применяется метод линейной интерполяции.
- За итоговую критическую температуру принимается наименьшее из значений, полученных по показателям прочности и устойчивости.
Шаг 1. Сбор исходных данных
Для расчётов потребуются следующие сведения из конструкторской документации:
Шаг 2. Прочностной расчёт (определение критической температуры)
Цель этого этапа — найти критическую температуру (tкр), при которой конструкция теряет несущую способность под нагрузкой.
Шаг 3. Теплотехнический расчёт
Цель — определить время, за которое металл прогреется до найденной критической температуры tкр.
-
Расчёт приведённой толщины металла (δпр):
- δпр — это отношение площади сечения к обогреваемому периметру: \delta_{пр} = \frac{F}{П}
- Периметр обогрева (П) зависит от того, сколькими сторонами конструкция открыта огневому воздействию (например, трёх- или четырёхсторонний обогрев при примыкании к плитам или стенам).
-
Определение предела огнестойкости (Пф) аналитическим способом:
Проводится последовательное вычисление температуры стали tст с шагом по времени Δτ (принимают 1 секунду) до достижения критической температуры tкр:
t_{cm,\Delta \tau} = \frac{\Delta \tau}{\gamma_{cm}\,\delta_{np}\,\left(C_{cm}+D_{cm}t_{cm}\right)} \,\alpha \left(t_{в,\tau}-t_{cm}\right)+t_{cm}Полученное время, при котором конструкция достигнет критической температуры tкр, является фактическим пределом огнестойкости Пф.
Шаг 4. Проверка результата
Полученный фактический предел огнестойкости (Пф) сравнивается с требуемым по нормам (Птр):
- Если Пф > Птр, конструкция соответствует требованиям пожарной безопасности без дополнительной огнезащиты.
- Если Пф < Птр, необходимо проектирование огнезащиты (обработка огнезащитным составом, нанесение покрытий, облицовки и т.д.).
Подробные примеры расчёта для различных конструктивных элементов рассмотрены в Методическом пособии [2].
Пример определения фактического предела огнестойкости расчётным методом
Рассмотрим практический пример определения фактического предела огнестойкости. Для расчёта будем использовать калькулятор:
Расчёт предела огнестойкости онлайн: калькулятор огнестойкости металлоконструкций
Задача: запроектировать стропильную ферму пролетом 24 м.
Геометрию фермы примем по аналогии с техническим решением:
Данные для расчёта:
- Кровля беспрогонная
- Снеговой район — IV.
- Шаг ферм — 6 м.
- Элементы фермы: пояса — прокатный двутавр, решетка — профильные трубы.
- Степень огнестойкости здания — III.
По результатам статического расчёта получены следующие сечения фермы:
Рисунок 1 — Пример. Стропильная ферма пролетом 24 м (показана половина фермы)
Далее выполним анализ выполнения требований пожарной безопасности. Согласно таблице 21 Федерального закона № 123-ФЗ для здания III степени огнестойкости требуемый предел огнестойкости для бесчердачного покрытия — R 15 (ферма с шарнирным опиранием через верхний пояс относится к конструкциям бесчердачного покрытия).
Согласно п. 5.4.3 СП 2.13130 при требуемом пределе огнестойкости R 15 допускается применять незащищённые стальные конструкции, если приведённая толщина элементов составляет не менее 4 мм, либо предел огнестойкости конструкции по результатам расчётов не менее R 8.
Для нижнего пояса сечением 15К1 С355 приведённая толщина не обеспечена: 3,98 мм < 4 мм.
Значение приведённой толщины очень близко к требуемому, но применять такое сечение без огнезащиты не допускается. Следующий типоразмер сечения 15К2 значительно тяжелее — на 24 %.
Определим фактический предел огнестойкости нижнего пояса расчётным методом.
Вносим в калькулятор все исходные данные и нажимаем «Рассчитать»:
Рисунок 2 — Интерфейс калькулятора огнестойкости стальных конструкций
Фактический предел огнестойкости не обеспечен: 5,7 мин < R 8.
На расчётный интервал достижения конструкцией критической температуры в значительной мере влияет значение нормативного сопротивления стали. Пробуем увеличить класс стали — примем С390. Повторяем расчет:
Рисунок 3 — Интерфейс калькулятора огнестойкости стальных конструкций
Фактический предел огнестойкости обеспечен: 9,2 мин > R 8.
Сравним, какой из вариантов сечения нижнего пояса будет иметь наименьшую стоимость с учётом обеспечения требований пожарной безопасности. В таблице ниже дана оценка стоимости нижнего пояса для одной фермы. Длина профиля принята 24 м, учтена стоимость стальных конструкций (стоимость металлопроката, передела и покраски) и огнезащитной обработки.
Оценка стоимости стальных конструкций с учетом огнезащиты
| Сечение | Масса всего, т | Площадь поверхности сечения м2/ 1 т | Всего площадь поверхности сечения, м2 | Стоимость ОГЗ за 1м2 поверхности, руб/м2 | Стоимость стальных конструкций, руб/т | Оценка стоимости решения с учетом ОГЗ, руб |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 15К1 С355 | 0,64 | 32,03 | 20,60 | 5 000 | 160 000 | 205 920 |
| 15К2 С355 | 0,76 | — | — | — | 160 000 | 120 960 |
| 15К1 С390 | 0,64 | — | — | — | 161 000 | 103 555 |
- Стоимость металлопроката принята по состоянию на апрель 2026, стоимость передела и покраски — по среднерыночному уровню;
- Стоимость ОГЗ принята по среднерыночному уровню для окрасочного типа покрытия.
Из таблицы видно, что наименьшая стоимость — для профиля 15К1 С390. Экономия в сравнении с профилем 15К1 С355 с огнезащитой — в 2 раза!
Таким образом, принимаем для нижнего пояса фермы сечение 15К1 С390. Сечение удовлетворяет требованиям пожарной безопасности и может применяться без огнезащитных мероприятий. Для обоснования выбранного сечения в экспертизе прикладываем к РПЗ скриншот расчёта и ссылку на [1].
Рассмотренный подход широко применяется на практике. Например, отказ от огнезащитных мероприятий позволяет существенно снизить стоимость конструкций, что показано в реализованном проекте (экономия на огнезащитных мероприятиях в производственном здании).
Аналогичный эффект может достигаться за счёт применения сталей повышенной прочности (покрытие промышленного здания с применением стали класса прочности С390).
Выводы
Обосновать отказ от огнезащиты при требуемом пределе огнестойкости R 15 можно при выполнении одного из двух условий:
- Предел огнестойкости конструкции по результатам испытаний или расчётов должен составлять R 8 и более.
- Приведённая толщина металла конструкции должна быть не менее 4 мм.
При этом расчётно-аналитический метод определения фактического предела огнестойкости в ряде случаев позволяет подтвердить соответствие требованиям пожарной безопасности даже для конструкций с приведённой толщиной менее 4 мм. Это даёт возможность снизить металлоёмкость и стоимость конструктивного решения.
Выполнить расчёт и получить детальный отчет можно в калькуляторе:
Источники
- СТО АРСС 11251254.001-018-03. Проектирование огнезащиты несущих стальных конструкций с применением различных типов облицовок. — М.: Ассоциация развития стального строительства (АРСС), 2018. — 72 с.
- Методическое пособие по расчету собственного (фактического) предела огнестойкости незащищенных стальных конструкций по методике СТО АРСС 11251254.001-018-03/Ассоциация развития стального строительства; Д.Г. Пронин, А.Ю. Журавлёв, Р.К. Ибатулин. Москва. 2023. – 104 с.
