Расчёт огнезащиты металлоконструкций: приведённая толщина металла и примеры
Приведённая толщина металла: фундамент расчёта огнезащиты
Приведённая толщина металла (ПТМ) — ключевой параметр, связывающий геометрию стального профиля с требуемой толщиной огнезащитного покрытия. Физический смысл: ПТМ характеризует «тепловую массивность» профиля — чем больше масса металла приходится на единицу обогреваемой поверхности, тем медленнее он прогревается. Два профиля с одинаковой ПТМ прогреваются до критической температуры (500°C) за одинаковое время при одинаковой толщине огнезащиты, независимо от их формы. Именно поэтому ПТМ используется как универсальный параметр в сертификатах на огнезащитные составы.
Согласно СП 2.13130.2020 (приложение Д), ПТМ = A / P (мм), где A — площадь поперечного сечения профиля (мм²), P — обогреваемый периметр (мм). Для колонн (четырёхсторонний обогрев) P равен полному периметру сечения. Для балок с опиранием плиты перекрытия сверху — трёхсторонний обогрев (исключается верхняя полка). Для элементов, забетонированных или защищённых кирпичной кладкой, обогреваемый периметр уменьшается на длину защищённой части.
Формула ПТМ и расшифровка для разных профилей
Двутавр (четырёхсторонний обогрев): P = 2b + 4tf + 2(h − 2tf) + 2tw (упрощённо — периметр сечения по внешнему контуру). Для точного расчёта используются таблицы сортамента (ГОСТ 26020-83), где P указан для каждого номера профиля.
Труба круглая: ПТМ = (D² − d²) / (4D), где D — наружный диаметр, d — внутренний. Для тонкостенных труб (t << D) ПТМ ≈ t (толщина стенки). Труба прямоугольная: ПТМ = A / P, где A = 2t(a + b − 2t), P = 2(a + b) — периметр по наружному контуру.
Уголок (трёхсторонний обогрев): для равнополочного уголка с шириной полки b и толщиной t: A = 2bt − t², P = 2b + b − 2t = 3b − 2t (две наружные полки + торец).
Таблица ПТМ для стандартных профилей ГОСТ
| Профиль | Площадь A, мм² | Периметр P, мм (4-стор.) | ПТМ, мм |
|---|---|---|---|
| Двутавр 20К1 | 5 270 | 800 | 6,59 |
| Двутавр 30К1 | 10 810 | 1 180 | 9,16 |
| Двутавр 40К3 | 21 270 | 1 620 | 13,13 |
| Труба 108×5 | 1 616 | 339 | 4,77 |
| Труба 159×6 | 2 883 | 500 | 5,77 |
| Уголок 125×10 | 2 410 | 395 (3-стор.) | 6,10 |
| Швеллер 24У | 3 060 | 635 (3-стор.) | 4,82 |
Как читать сертификат: кривая толщина-ПТМ-ПО
Сертификат на огнезащитный состав содержит таблицу (или график) зависимости: для каждого значения ПТМ (обычно от 3,4 до 14 мм с шагом 2 мм) указана минимальная толщина сухого слоя покрытия (мм), обеспечивающая заданный предел огнестойкости (R15–R90). Пример для состава «Огнеза-Про Краска-М»: ПТМ = 3,4 мм → толщина 0,5 мм → R30; ПТМ = 3,4 мм → толщина 1,0 мм → R60; ПТМ = 8,0 мм → толщина 0,5 мм → R15; ПТМ = 8,0 мм → толщина 1,2 мм → R60; ПТМ = 8,0 мм → толщина 2,0 мм → R90.
Интерполяция между значениями, указанными в сертификате, допускается (линейная). Экстраполяция за пределы сертификата не допускается. Нельзя применять состав для ПТМ = 5,0 мм и ПО = R90, если в сертификате максимальный ПО для ПТМ = 5,0 мм — R60, даже если для ПТМ = 8,0 мм имеется R90.
Пример 1: колонна из двутавра 30К1, R90
Профиль: 30К1, ПТМ = 9,16 мм, требуемый ПО = R90, четырёхсторонний обогрев. По сертификату «Огнеза-Про Краска-М»: для ПТМ ≥ 8,0 мм и ПО = R90 требуется толщина 2,0 мм. Ближайшее табличное значение — 8,0 мм, которое меньше нашего ПТМ (9,16 мм), следовательно, реальная требуемая толщина будет меньше 2,0 мм. Интерполяция: для ПТМ = 8,0 мм — 2,0 мм, для ПТМ = 10,0 мм (следующее значение в сертификате) — 1,6 мм. Для ПТМ = 9,16 мм: δ = 2,0 − (9,16−8,0)/(10,0−8,0) × (2,0−1,6) = 2,0 − 0,232 = 1,77 мм. Принимаем 1,8 мм. Расход состава: 1,8 мм × 1,5 кг/(м²·мм) = 2,7 кг/м². Стоимость материала: 2,7 × 900 руб./кг = 2 430 руб./м².
Пример 3: ферма из уголков, R30
Ферма из уголков 75×75×6 мм, ПТМ для одного уголка = 3,68 мм (трёхсторонний обогрев). Требуемый ПО = R30. Конструкция решётчатая, сложная геометрия — оптимальна тонкослойная огнезащита. По сертификату: для ПТМ ≥ 3,4 мм и ПО = R30 требуется 0,5 мм. Принимаем 0,5 мм. Общая площадь поверхности фермы — 120 м². Расход: 120 × 0,5 × 1,5 = 90 кг. Стоимость материала: 81 000 руб. Стоимость монтажа (напыление, 200 м²/смену): ~25 000 руб. Итого: 106 000 руб. Сравнение с конструктивной: плиты 20 мм, 120 м² × (2100 + 1500) = 432 000 руб. Экономия при выборе тонкослойной — 326 000 руб. (в 4 раза).
Нормативные документы
- СП 2.13130.2020, приложение Д «Методика расчёта приведённой толщины металла»
- ГОСТ Р 53295-2009 «Средства огнезащиты для стальных конструкций»
- ГОСТ 26020-83 «Двутавры стальные горячекатаные»
- ГОСТ 8509-93 «Уголки стальные горячекатаные равнополочные»
- ГОСТ 8240-97 «Швеллеры стальные горячекатаные»