Одной из важных особенностей применения стальных конструкций в строительстве является необходимость соблюдения требований пожарной безопасности, в частности — обеспечение требуемого предела огнестойкости. Затраты на огнезащиту часто сопоставимы со стоимостью самого металлопроката, поэтому оптимизация огнезащитных мероприятий приобретает особое значение. В этом процессе ключевую роль играет приведенная толщина металла — параметр, от которого напрямую зависит выбор решений по огнезащите и ее объем.
Что такое приведенная толщина металла?
Приведенная толщина металла (ПТМ) — это отношение площади поперечного сечения элемента металлической конструкции к периметру его обогреваемой поверхности [1]. Периметр обогрева элемента конструкции рассчитывается исходя из геометрических характеристик элемента с учетом его примыкания к соседним конструкциям.
\delta_{пр} = \frac{F}{P_{об}}
- F — площадь поперечного сечения конструкции;
- P_{об} — периметр обогреваемой поверхности сечения.
В расчётных методах определения огнезащиты [2, 3] установлено, что приведенная толщина металла является единственным геометрическим параметром сечения, от которого зависит температура незащищенных металлических конструкций в процессе нагрева (см. формулу вычисления температуры в стержне). Именно приведенная толщина определяет скорость нагрева профиля при пожаре и напрямую влияет на толщину огнезащитного покрытия — чем меньше ПТМ, тем выше должна быть эффективность огнезащитного покрытия для достижения необходимого предела огнестойкости.
t_{ст,\Delta \tau} = \frac{\Delta \tau}{ \left[ \gamma_{ст} \, \delta_{пр} \, \left(C_{ст} + D_{ст} \, t_{ст}\right) \right] } \cdot \alpha \left(t_{в} - t_{ст}\right) + t_{ст}
- t_{ст} — температура стержня;
- \Delta \tau — расчётный интервал времени;
- \gamma_{ст} — плотность стали;
- \delta_{пр} — приведенная толщина металла;
- C_{ст} — начальный коэффициент теплоемкости металла;
- D_{ст} — коэффициент теплоемкости металла при нагреве;
- t_в — температура нагревающей среды в данный момент времени.
Какие требования по приведенной толщине металла предъявляются к конструкциям?
В таблице 21 Федерального закона №123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» приводятся требуемые пределы огнестойкости строительных конструкций, выбираемые в зависимости от степени огнестойкости зданий и сооружений.
Технический регламент о требованиях пожарной безопасности
| 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 |
Особое внимание следует уделить элементам с требуемым пределом огнестойкости R15 (REI 15), поскольку в этом случае, в соответствии с п. 5.4.3 СП 2.13130, допускается использование незащищённых металлических конструкций при условии, что их приведённая толщина металла составляет не менее 4 мм.
Данный пункт необходимо учитывать при проектировании, например, он отражён в альбомах технических решений покрытий, где все элементы ферм соответствуют минимальной приведенной толщине металла 4 мм. Это позволяет значительно сократить расходы на мероприятия по огнезащите.
Если же для конструкции требуется предел огнестойкости выше R15 (REI 15), необходимо учитывать, что согласно п. 5.4.3 СП 2.13130, в зданиях I и II степеней огнестойкости для элементов с ПТМ не менее 5,8 мм допускается использовать тонкослойные огнезащитные покрытия. Это позволяет отказаться от конструктивной или комбинированной огнезащиты, что упрощает технологию и снижает затраты.
Как используется приведенная толщина металла при расчёте огнезащиты?
Как уже отмечалось выше, температура незащищенных металлических конструкций в процессе нагрева зависит только от одного геометрического параметра — приведенной толщины металла. Этот параметр лежит в основе номограмм*, позволяющих определить фактический предел огнестойкости конструкции при различных вариантах огнезащиты (примеры таких номограмм приведены в [2]).
На графике видно, что с увеличением ПТМ возрастает и предел огнестойкости конструкции. Таким образом, необходимый предел огнестойкости можно обеспечить не только подбором типа и толщины огнезащитного покрытия, но и с помощью изменения сечения элемента (за счет увеличения его приведённой толщины). На практике сочетание этих подходов позволяет выбрать наиболее экономически эффективное решение для конкретных задач.
Рисунок 1 — Огнестойкость стальных конструкций с огнезащитной облицовкой из листов ГВЛ при tкр = 450 ºС
Заключение
Приведённая толщина металла является основным параметром, определяющим огнестойкость стальных конструкций и выбор огнезащитных мероприятий. Учет требований к ПТМ для разных элементов позволяет не только обеспечить пожарную безопасность, но и оптимизировать затраты, достигая необходимого предела огнестойкости как за счет правильного выбора типа и толщины огнезащиты, так и путем изменения сечения элемента.
Источники
- ГОСТ Р 53295–2009. Средства огнезащиты для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности. — М.: Стандартинформ, 2010. — 24 с.
- 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.
- СТО НОСТРОЙ 2.12.119–2013. Защита строительных конструкций, трубопроводов и оборудования. Огнезащита стальных конструкций. Монтаж покрытия огнезащитного. Правила, контроль выполнения и требования к результатам работ. — М.: НОСТРОЙ, 2014. — 35 с.
