Введение

Область применения различных способов огнезащиты определяют с учетом требуемого предела огнестойкости металлической конструкции, ее типа и ориентации в пространстве (колонны, стойки, ригели, балки, связи), вида нагрузки, действующей на конструкцию (статическая, динамическая), температурно-влажностного режима эксплуатации и производства работ по огнезащите (сухие, мокрые процессы), степени агрессивности окружающей среды, увеличение нагрузки на конструкцию за счет огнезащиты, эстетических требований и др.

Строительные металлические конструкции, не распространяющие огонь, имеют неорганическую структуру и являются негорючими. В условиях пожара металлические конструкции в основном теряют свою несущую способность через 15 минут (0,25 часа) [Л1], поэтому в тех случаях, когда требуемый предел огнестойкости превышает это значение, металлические колонны, фермы и балки подвергают огнезащите.

Требование по огнезащите конструкций сооружений регламентируется соответствующими СНиП, начиная от СНиП 21-01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений» и СНиП, конкретизирующий требования к данному типу сооружений, например, Промышленные предприятия - СНиП 2.09.03-89 «Сооружения промышленных предприятий» или СНиП 2.08.01-89* «Жилые здания», СНиП 2.08.02-89 «Общественные здания» и т.д.

Огнезащита должна обеспечить высокую сопротивляемость конструкций действию огня и высоких температур, иметь низкую теплопроводность и достаточную адгезию к металлу. Она должна быть долговечной, иметь низкую стоимость, технология нанесения должна быть доступной.

Характеристика металлических конструкций и требования к их огнестойкости

В соответствии с требованиями СНиП 21-01-97, здания делятся на 5 степеней огнестойкости в зависимости от значений пределов огнестойкости основных строительных конструкций, принимаемых в часах или минутах, и пределов распространения огня по ним, принимаемым в сантиметрах. Нормированию подлежат: стены, перегородки, колонны, элементы лестничных клеток, перекрытий и покрытий. При несоответствии хотя бы одного из элементов здания (сооружения) требуемым значениям степень огнестойкости всего здания уменьшается до степени огнестойкости, где значение фактического предела огнестойкости не менее требуемого.

В зависимости от степени огнестойкости здания или сооружения нормы пожарной безопасности регламентируют их назначение, противопожарные разрывы, этажность, площадь пожарных отсеков, длину путей эвакуации и т.п.

Строительные конструкции характеризуются огнестойкостью и пожарной опасностью.

Предел огнестойкости строительных конструкций устанавливается по времени наступления одного или последовательно нескольких нормируемых для данной конструкции признаков предельных состояний:

• потери несущей способности, 
• потери целостности, 
• потери теплоизолирующей способности.

Пределы огнестойкости строительных конструкций устанавливаются по ГОСТ 30247.

По пожарной опасности строительные конструкции подразделяются на 4 класса:

1. КО (непожароопасные)
2. К1 (малопожароопасные)
3. К2 (умереннопожароопасные)
4. К3 (пожароопасные)

Класс пожарной опасности строительных конструкций устанавливают по ГОСТ 30403.

Факторами, определяющими воздействие пожара на стальные конструкции, являются по мнению авторов [Л2]: уровень рабочих напряжений, температура прогрева конструкции и длительность воздействий. Влияние повышенных температур пожара приводит к изменению прочностных и деформационных свойств применяемых сталей, появлению температурных напряжений и деформаций, а длительность процесса обусловливает возможность возникновения значительных деформаций ползучести. Все это может привести к получению стальными конструкциями необратимых деформаций, потери ими несущей или ограждающей способности. В свою очередь, потеря ограждающей способности может явиться причиной распространения пожара в смежных помещениях здания со стальным пространственным каркасом, а потеря несущей способности конструкций может вызвать обрушение самих конструкций.

С ростом температуры теплопроводность сталей падает, а удельная теплоемкость увеличивается.

По данным [Л3], в процессе нагрева несущие стальные конструкции находятся под действием постоянной рабочей нагрузки, а металл этих конструкций нагревается в напряженном состоянии. В этом случае рост деформации и снижение прочности металла зависят от режима его нагрева, так как эти процессы происходят во времени, и, следовательно, связаны с явлением ползучести.

До определенной температуры деформация стали увеличивается примерно с постоянной скоростью в основном за счет температурного расширения. Затем начинает проявляться температурная ползучесть стали, и скорость роста деформации образца плавно возрастает. За пределами ? аt = 3 %, вследствие резкого увеличения ползучести, кривая полных деформаций стали быстро приближается к вертикали. Следовательно, можно принять, что при значении ? аt = 3 % достигается предел прочности нагретой стали.

Незащищенные несущие металлические конструкции, как правило, имеют очень низкий предел огнестойкости, ч.:

стальные - в среднем 0,25

Исключение составляют стальные мембранные покрытия и колонны массивного сплошного сечения, у которых предел огнестойкости без огнезащиты может достигать 0,75 ч. Низкая огнестойкость большинства металлических конструкций объясняется главным образом их тонкостенностью, т.е. малой теплоемкостью.

Так, например, теплоемкость стальной колонны коробчатого сечения 300x300x10 мм, имеющей предел огнестойкости 0,23 ч, при 500°С составляет ~ 63x103 Дж/м, а железобетонная колонна сплошного сечения 300x300 мм, у которой предел огнестойкости превышает 2 часа имеет теплоемкость 260x103 Дж/м, т.е. в четыре раза больше.

Повышение теплоемкости стальных колонн путем применения сплошного сечения размером, например, до 300x300 мм не позволяет увеличить их огнестойкость до величины, которая характерна для колонн из железобетона. Причиной этого является огромная теплопроводность стали, благодаря чего все сечение металлической конструкции быстро прогревается до высоких температур, в то время как центральная часть железобетонных колонн (ядро сечения) до высоких температур прогревается очень медленно.

Способы огнезащиты металлических конструкций

Огнезащита предназначена для повышения фактического предела огнестойкости конструкций до требуемых значений. Эту задачу выполняют путем использования теплозащитных и теплопоглощающих экранов, специальных конструктивных решений, огнезащитных составов, технологических приемов и операций, а также применением материалов пониженной горючести. Огнезащитное действие экранов основывается либо на их высокой сопротивляемости тепловым воздействиям при пожаре, сохранением в течение заданного времени теплофизических характеристик при высоких температурах, либо на их способности претерпевать структурные изменения при тепловых воздействиях с образованием коксоподобных пористых структур, для которых характерна высокая изолирующая способность.

Расположение огнезащитных экранов может осуществляться либо непосредственно на поверхности защищаемых конструктивных элементов, либо на откосе с помощью специальных мембранкоробов, каркасов, закладных деталей.

Огнезащита предусматривает применение конструктивных методов, использование теплозащитных экранов из облегченных составов, наносимых на поверхность конструкций высокопроизводительными индустриальными методами.

Конструктивные методы огнезащиты включают обетонирование, обкладку кирпичом, оштукатуривание, использование крупноразмерных листовых и плитных огнезащитных облицовок, применение огнезащитных конструктивных элементов (например огнезащитных подвесных потолков), заполнение внутренних полостей конструкций, подбор необходимых сечений элементов, обеспечивающих требуемые значения пределов огнестойкости конструкций, разработку конструктивных решений узлов примыкания, сопряжений и соединений конструкций.

Кирпичную и бетонную облицовку применяют [Л4] для повышения предела огнестойкости стальных конструкций до 2 ч и более. При этом бетонную облицовку толщиной 50 мм и более армируют стальным каркасом (хомутом и продольными стержнями) во избежание преждевременного ее обрушения при действии огня. Для исключения этого явления в случае кирпичной облицовки толщиной в 1/4 кирпича (65 мм) в ее швах также устанавливаются стальные анкеры или хомуты.

Цементно-песчаная штукатурка толщины 25-60 мм, наносимая по стальной сетке, используется для повышения предела огнестойкости металлических конструкций до 2-х и более часов.

При толщине 40-60 мм штукатурку армируют двойной сеткой, что предохраняет ее от преждевременного обрушения при пожаре.

Отмеченные выше облицовки достаточно надежны и долговечны. Однако они существенно увеличивают массу конструкций и является трудоемкими. Стремление снизить массу огнезащитной облицовки привело к разработке легких штукатурок на основе перлита, вермикулита и других эффективных материалов. Эти облицовки имеют малую плотность (200-600 кг/см3) и поэтому низкую теплопроводность. Они могут применяться для повышения огнестойкости конструкций до 4-х часов.

Для огнезащитной облицовки можно использовать полужесткие минераловатные плиты, укрепляемые с помощью стальных анкеров и каркасов. В этом случае необходимо предусматривать антикоррозионную защиту конструкций и достаточную отделку наружной поверхности минераловатной облицовки декоративными материалами.

Для повышения предела огнестойкости 0,75 ч - 1,5 ч применяют огнезащитные краски, лаки, эмали. Они выполняют следующие функции: являются защитным слоем на поверхности материалов, поглощают тепло, выделяют ингибиторные газы, высвобождают воду. Подразделяются на две группы: невспучивающиеся и вспучивающиеся. Невспучивающиеся краски при нагревании не увеличивают толщину своего слоя. Вспучивающиеся краски при нагревании увеличивают толщину слоя в 10-40 раз. Как правило, вспучивающиеся краски более эффективны, так как при тепловых воздействиях происходит образование вспененного слоя, представляющего собой закоксовавшийся расплав негорючих веществ (минеральный остаток). Образование этого слоя происходит за счет выделяющихся при нагревании газо- и парообразных веществ. Коксовый слой обладает высокими теплоизоляционными качествами.

Наиболее технологичным является устройство тонкослойных покрытий с использованием вспучивающихся составов на органической основе. Их огнезащитные свойства проявляются за счет увеличения толщины слоя и изменения теплофизических характеристик при интенсивном тепловом воздействии в условиях пожара.

При воздействии высоких температур покрытие вспучивается, значительно увеличивается в объеме с образованием коксового пористого слоя. Вспучивающиеся покрытия являются многокомпозиционными системами, состоящими из связующего, антипирена и пленкообразователей. При воздействии высоких температур эти вещества разлагаются, выделяя пары или газы, которые блокируют конвективный перенос тепла к защищаемой поверхности, подавляя пламя вблизи слоя покрытия и уменьшают радиационный поток тепла.

Образующийся пористый слой обугливается покрытие является теплоизоляционным слоем между источником тепла и защищаемой поверхностью. Объем образовавшегося обугленного слоя, в зависимости от состава, может составлять от 5 до 200 первоначальных объемов покрытия.

Коэффициент вспучивания зависит не только от природных свойств материала, но и от условий его нагревания (максимальной температуры и скорости подъема ее). Поэтому для одного и того же материала, обладающего способностью вспучиваться при нагревании, коэффициент вспучивания может колебаться в очень широких пределах. Причиной вспучивания и образования пористости служит выделение водяного пара или газа при высоких температурах. Одни виды сырья при нагреве размягчаются, что способствует возникновению в них пор, другие растрескиваются и распадаются на более мелкие частицы, чем до нагрева, что также приводит к образованию высокопористой структуры.

По мнению [Л.5], механизм работы вспучивающегося покрытия заключается в следующем. При одностороннем нагреве покрытия в его подповерхностном слое формируется переменное по толщине и во времени температурное поле, а также выделяются газообразные продукты термического разложения полимерной или минеральной основы. В результате этого увеличивается пористость материала и в порах создается повышенное давление. В диапазоне температур (наружная поверхность - поверхность защищаемой конструкции) каркас пористого подповерхностного слоя проходит через пластичное (вязко-текучее) состояние и под действием внутреннего давления вытягивается до образования в «узких местах» разрывов - локальных трещин, через которые избыток газов пиролиза выте-кает в окружающую среду, взаимодействуя с ней. Локальные деформации каркаса, суммируясь по возрастающей во времени толщине пластичного слоя, создают эффект вспучивания - перемещение поверхности покрытия «навстречу» внешнему тепловому потоку.

По мере роста температуры каркас затвердевает и фиксируется в пространстве, образуя вспененный слой, в ячейках которого содержится азот и углекислый газ.

Современные огнезащитные составы и их свойства

Таблица № 1

№ п/п	Средства огнезащиты	Изготовитель	Предел огнестойкости
1.	Краска «Айсберг-101» ТУ 2316-001-90604434-11	ООО «ХимПарк Норд» г. Москва	3-ая группа огнезащитной эффективности при толщине 1,5 мм
2.	Краска «Айсберг-201» ТУ 2316-004-90604434-11	ООО «ХимПарк Норд» г. Москва	3-ая группа огнезащитной эффективности при толщине 1,5 мм
3.	Пропитка «Айсберг-301» ТУ 2310-005-90604434-11	ООО «ХимПарк Норд» г. Москва	2-ая группа огнезащитной эффективности для дерева с расходом 160 г/м2
4.	Состав «Айсберг-401» ТУ 2300-010-90604434-11	ООО «ХимПарк Норд» г. Москва	3-ая группа огнезащитной эффективности при толщине 1,5 мм
5.	Герметик «Айсберг-701» ТУ 2257-002-90604434-11	ООО «ХимПарк Норд» г. Москва	2-ая группа огнезащитной эффективности при толщине 1,5 мм
6.	Кабельная проходка «Айсберг-500» ТУ 5767-003-90604434-11	ООО «ХимПарк Норд» г. Москва	1-ая группа огнезащитной эффективности
7.	Состав «Айсберг-ВЦС» ТУ 5767-005-90604434-2011	ООО «ХимПарк Норд» г. Москва	1-ая группа огнезащитной эффективности при толщине 48 мм
8.	Грунтовки «"Айсберг" ВД-АК-014» ТУ 2313-008-90604434-2011	ООО «ХимПарк Норд» г. Москва	Грунт адгезив влагостойкая расход 160 г/м2
9.	Краска «Уникум» ТУ 2316-027-40366225-01	НПО «Ассоциация Крилак» г. Москва	4-ая группа огнезащитной эффективности при толщине 1,3 мм
10.	Краска «Джокер» ТУ 2316-043-40366225-02	НПО «Ассоциация Крилак» г. Москва	3-я группа огнезащитной эффективности при толщине 1,66 мм
11.	Краска «Файэфлекс™ Крилак» ТУ 2317-019-40366225-00	НПО «Ассоциация Крилак» г. Москва	4-ая группа огнезащитной эффективности при толщине 1,5 мм
12.	Покрытие «Файрекс-400» ТУ 2316-004-40366225-98	НПО «Ассоциация Крилак» г. Москва	3-я группа огнезащитной эффективности при толщине 11,50 мм
13.	Состав «Антигор» ТУ 7719-164-1800000335-96	ЗАО НПП «Спецэнерготех-ника»	3-я группа огнезащитной эффективности при толщине 8,4 мм
14.	Состав СГК - 2 ТУ 7719-171-21366107-02	ЗАО НПП «Спецэнерготех-ника»	3-я группа огнезащитной эффективности при толщине 3 мм
15.	Состав «Триумф» ТУ 7719-172-21366107-02	ЗАО НПП «Спецэнерготех-ника»	3-я группа огнезащитной эффективности при толщине 6 мм
16.	Краска Огракс-В-СК ТУ 5728-021-13267785-00	УНИХИМТЕК г. Москва	4-я группа огнезащитной эффективности при толщине 1,0 мм
17.	Краска ОЗК-45 ТУ 2316-008-17297211-01	ООО «НПЛ 38080» г. Москва	4-я группа огнезащитной эффективности при толщине 1,0 мм
18.	«SIGNULAN HOECO» сухая смесь	Франция	1-ая группа огнезащитной эффективности при толщине 60 мм
19.	«DAVISPRAY» сухая смесь	Италия	1-ая группа огнезащитной эффективности при толщине 60 мм
20.	Краска «HENSOTERM 4KS»	Швеция	4-ая четвертая группа огнезащитной эффективности при толщине 1,30 мм
21.	Краска «PROTERM STEEL» ТУ 2316-001-20942052-00	ООО «А+В» по лицензии «ITALVIS PROTECT S.r.l»	4-ая группа огнезащитной эффективности при толщине 1,20 мм
22.	Краска UNITERM	Германия	4-ая группа огнезащитной эффективности при толщине 1,00 мм
23.	Краска «НУЛИФАЙЕР S-607»	Англия «Nullifire Limited»	3-я группа огнезащитной эффективности при толщине 2,07 мм
24.	Краска S-605	Англия	3-я группа огнезащитной эффективности при толщине 2,07 мм
25.	Состав «Сиофарб М»	Украина	4-ая группа огнезащитной эффективности при толщине 5,94 мм

Способы определения предела огнестойкости металлоконструкций

Для определения огнестойкости несущих и ограждающих металлических конструкций используются методики согласно ГОСТ 30247.1 - 94. Он предназначается и для [Л.6]:

• колонн и столбов; 
• балок, ригелей, элементов арок и рам, а также других несущих и ограждающих конструкций.

Сущность метода заключается в определении, в соответствии с настоящими нормами, огнезащитной эффективности покрытия при тепловом воздействии на опытный образец и определения времени от начала теплового воздействия до наступления предельного состояния этого образца. За предельное состояние принимается время достижения температуры 500°С стали опытных образцов (средняя температура по трем ТЭП).

Должны использоваться стальные колонны двутаврового сечения профиля 20 по ГОСТ 8239 или профиля 20Б1 по ГОСТ 26020. Высота образца (1700±10) мм.

Приведенная толщина металла стальной колонны определяется непосредственно перед каждым испытанием.

Огнезащитные составы наносятся на образцы в соответствии с технической документацией (зачистка поверхности стальных образцов тип грунтовки, количество и толщина нанесенного слоя и т.д.) в присутствии специалистов, проводящих испытания.

Влажность покрытия должна быть динамически уравновешенной с окружающей средой при температуре (20±10)°С.

В процессе проведения испытаний регистрируются следующие показатели:

• время наступления предельного состояния; 
• изменение температуры в печи; 
• поведение огнезащитного покрытия (вспучивание, обугливание, отслоение, выделение дыма, продуктов горения и т.д.); 
• изменение температуры металла опытного образца.

Испытания проводятся без статической нагрузки при четырехстороннем тепловом воздействии до наступления предельного состояния опытного образца.

За результат одного испытания принимается время (в минутах) достижения предельного состояния опытного образца.

Контрольный метод испытания огнезащитных составов используются при контроле огнезащитной эффективности огнезащитных составов при их производстве, а также при поставках крупных партий огнезащитных покрытий.

Сущность метода заключается в тепловом воздействии на опытный образец и определении времени от начала теплового воздействия до наступления предельного состояния опытного образца.

Необогреваемая поверхность опытного образца должна быть теплоизолирована материалом с величиной термического сопротивления не менее 1,9 м2-0С/Вт и толщиной не менее 100 мм.

Состав, толщина и технология нанесения огнезащитного состава, а именно: способ нанесения (механизированный способ или вручную), качество стальной поверхности на которую наносится покрытие (неокрашенная очищенная поверхность или поверхность, загрунтованная лакокрасочными покрытиями), должны быть идентичными составу, толщине и технологии нанесения, применявшимся при испытаниях по оценке огнезащитной эффективности покрытий для несущих стальных конструкций.

В процессе проведения испытаний регистрируются следующие показатели:

• время наступления предельного состояния; 
• изменение температуры в печи; 
• поведение огнезащитного покрытия (вспучивание, обугливание, отслоение, выделение дыма, продуктов горения и т.д.); 
• изменение температуры на необогреваемой поверхности опытного образца. 

За предельное состояние принимается время достижения температуры 500°С стали опытных образцов (средняя температура по трем ТЭП).

Нанесение вспучивающихся покрытий

Работы по нанесению вспучивающихся составов на поверхность стальных конструкций включают следующие технологические операции: подготовку поверхности, приготовление рабочего состава покрытия, нанесение покрытия. Подготовка поверхности предусматривает очистку от грязи, ржавчины, окалины и старой краски, обезжиривание растворителями, нанесение грунтовок.

Нанесение тонкослойных неорганических вспучивающихся составов осуществляется методом безвоздушного напыления. К установкам такого относятся аппараты типа Wagner, Graco и др. с параметрами:

• рабочее давление - 150 МПа; 
• диаметр сопла - 0,32 - 0,45 мм; 
• угол распыления - в зависимости от размеров обрабатываемого объекта.

При безвоздушном напылении огнезащитного состава сопло должно находиться на расстоянии 30-40 см от напыляемой поверхности под углом, близким к 900^oС. Оптимальный режим безвоздушного напыления создается при давлении 0,10 - 0,15 МПа.

Покрытие наносят послойно. Толщина слоя и время его сушки определяются свойствами материала.

Тепло-огнезащитные составы наносят на подготовленную поверхность методом полусухого торкретирования. Огнезащитные составы в этом случае поставляются на строительную площадку в виде готовой к применению сухой смеси. В качестве примера можно назвать установки УНОП - 1, JSO -140, KEMATEP - FSM , ЦПШК и др. [Л7]

При применении пушки ЦПШК - 1М давление на выходе водяного шланга 0,3 - 0,5 МПа, расстояние от сопла до защищаемой поверхности 0,6 - 0,5 м. Необходимое количество воды, вводимой в огнезащитную смесь через водяной штуцер сопла, определяют визуально по моменту образования глянцевой пленки на поверхности нанесенного слоя. Подача воды должна постоянно контролироваться, так как избыток воды неизбежно приведет к ухудшению адгезионной способности материала. Направление струи торкрета должно быть перпендикулярным к защищаемой поверхности.

В случае повышенных требований к адгезии целесообразно применение дополнительных клеящих составов, например, латекса: вначале напыляется грунтовочный слой толщиной 3-5 мм с применением вместо воды водного раствора синтетического латекса или ПВА в пропорции 1:40. Вторым основным слоем (без каких-либо добавок в воду) достигается суммарная толщина покрытия.

При требуемых толщинах огнезащитного покрытия свыше 20 мм необходимо применять армирование его слоя спиральной намоткой стеклобазальтоволокнистыми нитями или стальной проволокой толщиной около 1 мм с шагом 100 - 150 мм. Возможна также установка стальной (базальтоволокнистой) сетки с ячейками размером не более 100x100 мм и толщиной нити не менее 0,5 мм.

Огнезащитное покрытие на основе портландцемента после нанесения должно быть предохранено от высыхания в течение не менее 7 суток. С этой целью конструкцию с огнезащитой следует закрыть паронепроницаемым пленочным материалом. Огнезащитное покрытие, выполненное на основе гипса или жидкого стекла, после схватывания может быть подвергнуто как естественной, так и искусственной сушке. Искусственная сушка с использованием калориферов, инфракрасных излучателей или других тепловых приборов может применяться и для ускорения высыхания покрытий на основе портландцемента после выдержки их во влажных условиях в течение не менее 7 суток. Максимальная температура искусственной сушки, замеренная на расстоянии 1 см от поверхности покрытия, не должна превышать 100°С.

Для нанесения легких огнезащитных составов применяются машины типа «Putzmaster» [Л7] - шнекового типа. Сухой состав засыпается в смеситель и добавляется необходимое количество воды.

Поверхность защищаемой конструкции должна быть предварительно очищена и огрунтована. Оптимальная плотность наносимого состава ~700 кг/м³. Толщина одного слоя состава в мокром виде не должна превышать 13 мм.

Рабочее давление - 40 бар. 
Производительность установки при толщине покрытия 4-5 мм - 18 м²/час.

Контроль качества огнезащитных покрытий

Согласно НПБ 232-96 «Порядок осуществления контроля за соблюдением требований нормативных документов на средства огнезащиты (разработка, применение и эксплуатация) п. 3.1, работа по контролю за соблюдением требований нормативных документов на средства огнезащиты на предприятиях и объектах строительства должна проводиться в том числе по следующим направлениям:

• контроль качества выпускаемых и применяемых средств огнезащиты и их соответствие требованиям нормативных документов; 
• проверка наличия состояние технического оборудования для приготовления огнезащитных составов.
• проверка наличия на рабочих местах выписок из технологических карт по приготовлению и нанесению средств огнезащиты; 
• контроль состояния огнезащитных покрытий, нанесенных на защищаемые материалы и конструкции, по истечении различных сроков их эксплуатации. 
• проверка соответствия условий эксплуатации огнезащитных покрытий требованиям нормативных документов.

В целях определения качества производимых и применяемых средств огнезащиты проводятся контрольные испытания отобранных проб огнезащитных составов на соответствие требованиям нормативных документов (п. 3.2 НПБ 232-96). Испытания проводятся в аккредитованных в установленном порядке испытательных лабораториях (центрах).

В целях определения качества выполненной огнезащитной обработки металлоконструкций, защищенных огнезащитными средствами, проводится визуальный осмотр нанесенных огнезащитных покрытий для выявления необработанных мест, трещин отслоений, изменение цвета, повреждений, а также замер толщины нанесенного слоя. Внешний вид и толщина слоя огнезащитного покрытия, нанесенного на защищаемую поверхность, должны соответствовать требованиям нормативных документов на данные покрытия.

Требования нормативных документов на средства огнезащиты считаются несоблюдаемыми, если выпускаемая продукция, выполненные работы (оказанные услуги), режимы эксплуатации не соответствуют хотя бы одному из требований нормативных документов на средства огнезащиты.

Способы определения толщины огнезащитного покрытия для данного предела огнестойкости конкретной конструкции

Расчетный метод определения толщины огнезащитного покрытия

Для незащищенных металлических конструкций температура стали в процессе нагрева описывается уравнением:  [Л3]

        (1)

где:

Сст - начальный коэффициент теплоемкости металла; 
Дст - коэффициент теплоемкости металла при нагреве; 
tст - температура стержня; 
?t - расчетный интервал времени; 
?пр - приведенная толщина металла; 
?ст - плотность стали.

В результате расчета оказывается, что температура незащищенных металлических конструкций в процессе нагрева зависит только от одного геометрического параметра - приведенной толщины металла ?пр. Это позволяет для каждого вида металла составить одну номограмму, с помощью которой можно определить температуру незащищенных конструкций любых сечений.

Зависимость предела огнестойкости статически определимых конструкций от приведенной толщины при условиях, вызываемых нормативной нагрузкой, выражается значениями, указанными в таблице. [Л3]

Таблица №1 (2) Зависимость собственного предела огнестойкости металлоконструкций от приведенной толщины металла

Приведенная толщина, мм	Предел огнестойкости, мин.
3	5
5	9
10	15
15	18
20	21
30	27

Промежуточное значение пределов огнестойкости определяются методом линейной интерполяции.

Толщину слоя огнезащитного покрытия для каждой конкретной конструкции можно получить двумя путями: расчетным и экспериментальным.

Экспериментальный метод расчета толщины огнезащитного покрытия

Экспериментальный метод расчета толщины покрытия заключается в том, что на основании ряда экспериментальных оценок предела огнестойкости конструкции с различной приведенной толщиной и разными толщинами покрытий строятся зависимости, с помощью которых рассчитываются параметры наносимого слоя.

В отдельных случаях информация по необходимым толщинам покрытий для различных конструкций и пределов огнестойкости выполняется в виде таблиц.

Расчет экономической эффективности применения огнезащитного покрытия

Все затраты на средства противопожарной защиты, направленные на локализацию и ликвидацию пожара делятся:

• первая группа - установки автоматического пожаротушения, системы противодымной защиты, внутренняя система пожарного водоснабжения, противопожарные резервуары, система молниезащиты, внутренняя пожарная сигнализация; 
• вторая группа - затраты на средства противопожарной защиты зданий в целом и их конструктивных элементов; устройство противопожарных стен, дверей, перегородок и перекрытий, огнезащита строительных конструкций и т. п. 
• третья группа - затраты на средства противопожарной защиты, предназначенные для обеспечения быстрой эвакуации людей из опасных зон; эвакуационные пути, наружные пожарные лестницы, безопасные зоны и помещения и другие. 
• четвертая группа - общеплощадные затраты на устройство пожарного депо, внешней пожарной сигнализации, пожарных дорог и т.п.

Для каждого конкретного объекта может быть найдено такое решение этой проблемы, при котором с учетом заданных ограничений достигается минимум затрат на обеспечение установленного уровня пожарной безопасности. Причем на практике целесообразно проведение как комплексной оптимизации системы (поиск глобального минимума), так и частичной оптимизации по одной или нескольким подсистемам.

В качестве показания эффективности технологических параметров применения огнезащитных покрытий можно использовать обобщенный показатель, характеризующий суммарный возможный ущерб (С) [Л10], вызванный воздействием огня на строительные конструкции зданий (сооружений). Под ущербом (Сущ.) понимается стоимостное выражение частичного или полностью вышедших из строя в результате воздействия огня строительных конструкций (Сск), а также возможности экологического ущерба (Сзкол) и ущерба, нанесенного инфраструктуре района (Синф), прилегающего к рассматриваемому зданию (сооружению)

Сущ= Сск+ Синф + Сэкон (6)

Кроме того, к суммарному ущербу следует отнести и затраты (Созп), связанные с приобретением сырья (Ссыр), изготовлением и выполнением работ по нанесению огнезащитного покрытия на строительные конструкции (Сраб), а также с контролем качества покрытия (Ск) как в процессе его изготовления, так и после нанесения на защищаемые поверхности:

Созп = Ссыр + Сраб + Ск (7)

Таким образом, в качестве критерия оптимизации технологических параметров применения огнезащитных покрытий целесообразно установить критерий, основанный на минимизации суммарного ущерба С?:

С? =Сущ + С0зп + Ск (8)

Для оценки экономической эффективности рассматриваемых вариантов огнезащиты можно использовать приведенные затраты на реализацию i - того варианта (Л7, с.174):

Зi = Сi + Ен • Кi , где (9)

Зi - приведенные затраты по i - тому варианту огнезащиты; руб./м2,

Сi - сметная стоимость i - тому варианту огнезащиты (без плановых накоплений), руб./м²,

Ен - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений;

Кi - капитальные вложения в базу стройиндустрии по i - тому варианту; руб./м².

Расчет проекта огнезащиты

Проект огнезащиты должен содержать следующие разделы:

• обоснование выбора средств и способа огнезащиты;
• определение толщины защитного слоя для каждого типа конструкции; 
• чертежи конструктивной огнезащиты.

Проект огнезащиты строительных конструкций, отвечающий требованиям по огнестойкости, осуществляется с целью обоснованного выбора таких материалов, структуры, формы, размеров, условий заделки и параметров огнезащиты каждой металлоконструкции, которые гарантируют минимум ее массы, материалоемкости и стоимости.

При разработке проекта огнезащиты необходимо учитывать конструктивные, эксплуатационные, технологические и технико-экономические факторы:

• значение требуемого предела огнестойкости конструкции; 
• тип конструкции и ориентацию защищаемых поверхностей в пространстве (колонны, стойки, ригели, балки, связи); 
• вид нагрузок, действующих на конструкцию (статическая, динамическая); 
• температурно-влажностные условия эксплуатации огнезащиты и выполнения работ по ее нанесению;
• степень агрессивности окружающей среды по отношению к огнезащите и материалу конструкции; 
• увеличение нагрузки на конструкцию за счет массы огнезащиты; 
• эстетические требования к конструкции; 
• технико-экономические показатели.

Для каждого конкретного здания на разработку проекта огнезащиты стальных конструкций дается вариант здания или его часть, которую необходимо защитить от огня в соответствии с требованием СНиП 21.01.97* «Пожарная безопасность зданий и сооружений» и другими СНиП. Ниже приведены два примера расчета огнезащиты.

Пример № 1

Административное здание представляет собой пятиэтажное здание с пристройкой и мансардой. Колонны должны иметь предел огнестойкости 1,5 часа, элементы перекрытия 1,0 час.

По проектной документации, поэтажные колонны выполнены из двутавра № 25, 30 и 35, связи из уголка 110x8. Балки перекрытий выполнены из двутавра № 35. Металлоконструкции огрунтованы грунтом ГФ - 021.

С помощью строительных чертежей, рассчитывается приведенная толщина металлоконструкций по имеющейся информации (см. табл.3).

С помощью интерполяции данных табл. (Стр.14) рассчитывается собственный предел огнестойкости конструкции. Оказывается, что ее предел явно недостаточен (Табл. № 1). Для увеличения предела огнестойкости балок можно воспользоваться краской «Айсберг-101». Необходимая толщина слоя покрытия определяется по данным в табл. № 2.

Колонны для обеспечения предела огнестойкости 1,5 часа можно защитить огнезащитным покрытием «Айсберг-101». С помощью таблиц определяется необходимая толщина покрытия. Результат заносится в таблицу.

В связи с тем, что профиль защищаемых конструкций не сложен, рабочие чертежи с покрытием можно не делать.

Таблица № 2 (3)

№  п/п	Вид конструкции	Профиль металла	?пр, см	Собственный предел огнестойкости, мин	Требуемый предел огнестойкости, мин	Толщина покрытия, мм
1.	Балки междуэтажных перекрытий	I 30	0,39	7	60	«Айсберг-101» 1,2
2.	Колонны	I 30	0,39	7	90	«Айсберг-101» 1,5

Пример № 2

В строящемся здании торгового комплекса несущие элементы здания (колонны, балки перекрытия и покрытия, косоуры и площадки лестниц, связи жесткости, подвески раскосы и т. п.) запроектированы и выполнены из огрунтованных металлических конструкций различного профиля.

Согласно таблице 1 СНиП 2.08.02 - 89* «Общественные здания и сооружения», здание торгового комплекса должно быть не ниже II степени огнестойкости. В соответствии с требованиями таблицы СНиП 21-01-97* «Пожарная безопасность зданий и сооружений» для здания II степени огнестойкости несущие конструкции должны иметь следующий предел огнестойкости:

• колоны - R90 
• марши и площадки лестниц - R60 
• элементы покрытий REJ - 45

Обобщенные данные о приведенной толщине металла (рассчитанной по формуле ?пр в соответствии с рабочими чертежами для каждого конкретного случая - вид конструкции и заделка ее) и собственном пределе огнестойкости приведены в табл.3.

Таблица № 3 (4)

№  п/п	Вид конструкции	Эскиз	Профиль металла	?пр	Rсоб, час
1.	Колонны К - 1		?н 300x10	1,0	0,25
2.	Связи СВ - 1	О	? 102x5	0,50	0,15
3.	Подвески плит перекрытия
	ПД1		2 [ 10	0,58	0,17
	ПД2		?н 140x4	0,40	0,12
4.	Элементы лестниц
	КЛ - 17		[ 24	0,42	0,14
	БЛ - 1		I 35 Б1	0,42	0,23
	БЛ - 2		[ 24	0,42	0,14
	БЛ - 3		[ 24	0,76	0,20
	БЛ - 4		1I 30 Б1	0,39	0,13
			2 ?63 x5
5.	Балки перекрытий
	Б1		I 50Б1	0,57	0,16
	Б2		I 45Б1	0,54	0,16
	Б3		I 40Б1	0,51	0,15
	Б4		I 30Б1	0,38	0,13
	Б5		I 35Б1	0,42	0,14

С эстетической точки зрения и по своим защитным свойствам для защиты перечисленных в табл. № 3 конструкций лучше всего подходит состав «Айсберг-101», толщина которого, рассчитанная по таблице из пожарного сертификата для всех видов конструкций объекта.

Таблица № 4 (5)

№  п/п	Вид конструкции	Требуемый предел огнестойкости, час	Толщина покрытия, мм
1.	Колонны К - 1	1,5	1,5 ± 0,1
2.	Связи СВ - 1	0,75	0,8 ± 0,1
3.	Подвески плит перекрытия	0,75 0,75	1,0 ± 0,1 1,2 ± 0,1
4.	Элементы лестниц
	КЛ - 17	1,0	1,7 ± 0,1
	БЛ - 1	1,0	1,7 ± 0,1
	БЛ - 2	1,0	1,7 ± 0,1
	БЛ - 3	1,0	1,3 ± 0,1
	БЛ - 4	1,0	1,7 ± 0,1
5.	Балки перекрытий
	Б1	0,75	1,0 ± 0,1
	Б2	0,75	1,0 ± 0,1
	Б3	0,75	1,1 ± 0,1
	Б4	0,75	1,2 ± 0,1
	Б5	0,75	1,2 ± 0,1

Литература

1. С.В. Собурь «Пожарная безопасность предприятия», М., Спецтехника, 2001 г., с. 88.
2. «Пособие по определению пределов огнестойкости конструкций» ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко , М. 1985 г.
3. А.И. Яковлев «Расчет огнестойкости строительных конструкций», М., Стройиздат, 1988 г.,с.9, с. 96.
4. Романенков И.Г., Зигерн-Корн В.Н. «Огнестойкость строительных конструкций из эффективных материалов», М., Стройиздат, 1984 г., с.194.
5. Страхов В.Л., Гаращенко А.Н., Рудзинский В.П. «Математическое моделирование работы и определение комплекса характеристик вспучивающейся огнезащиты», «Пожарная безопасность», № 3, 1997 г., с 21-30.
6. С.В. Собурь «Огнезащита строительных материалов и конструкций». Справочник, М., Спецтехника, 2001 г., с. 78.
7. В.Л. Страхов, А.И. Крутов, Н.Ф. Давыдкин «Огнезащита строительных конструкций», ТМР, М.2000 г., с. 366
8. ЦНИИСК, Научно-технический отчет «Разработать концепцию создания и технологию производства структурированных покрытий для огне-теплозащиты несущих и ограждающих конструкций зданий и сооружений, в том числе для инфраструктуры соответствующей городской старинной застройки без изменения конфигурации конструктивных элементов»,М., 2000 г.
9. Страхов В.Л., Гаращенко А.Н., Рудзинский В.П. Расчет нестационарного прогрева многослойных огнезащитных конструкций. «Вопросы оборонной техники». Сер. 15, вып.1, 1991г., с. 30-36.

• Назад
• Вперёд