Огнезащита несущих конструкций: расчёт ПТМ, балки, колонны, фермы

Огнезащита несущих конструкций: балки, колонны, связи

Несущие конструкции стального каркаса — хребет здания. Их огнезащита — главный приоритет, без которого здание не пройдёт экспертизу. Разные типы несущих элементов имеют разную геометрию, схему обогрева при пожаре и уровень нагружения, а значит — разный требуемый расход огнезащитного состава для одного и того же предела R60 или R90.

Ключевое понятие — приведённая толщина металла (ПТМ): отношение площади поперечного сечения стального элемента к его обогреваемому периметру. ПТМ = A / P (мм). Для колонны двутавр 30К2: A = 147,2 см², P = 1,12 м (при 4-стороннем обогреве), ПТМ = 14 720 / 1 120 = 13,1 мм. Для балки двутавр 30Б2: A = 67,6 см², P = 0,87 м (при 3-стороннем обогреве), ПТМ = 6 760 / 870 = 7,8 мм. Вывод: колонна прогревается в 13,1/7,8 = 1,68 раза медленнее балки — для неё расход краски при том же пределе будет ниже.

Балки: особенность расчёта — приведённая толщина и схема обогрева

Балка перекрытия обогревается с трёх сторон (снизу и с боков). Верхняя полка защищена железобетонной плитой перекрытия, которая сама по себе имеет значительную теплоёмкость и замедляет прогрев. Поэтому ПТМ для балки считается без учёта верхней полки в периметре обогрева, но с её площадью в сечении.

Для двутавра 30Б2: A = 67,6 см². Периметр 3-стороннего обогрева: нижняя полка (200 мм) + стенка (2 × 270 мм) + две половинки верхней полки (2 × 100 мм, не обогревается, но учитывается) — упрощённо P ≈ 200 + 540 = 740 мм. ПТМ = 6 760 / 740 = 9,1 мм.

Требуемая толщина огнезащитного покрытия для балки обычно выше, чем для колонны того же профиля, из-за меньшей ПТМ. Пример: балка 30Б2, R90, краска XotPipe F-Steel: по сертификату для ПТМ 9,1 мм — расход 1,8 кг/м² (сухой слой ~1,2 мм). Колонна 30К2 для R90: ПТМ 13,1 мм — расход 1,4 кг/м².

Колонны: ПТМ, гибкость, критическая температура

Колонна — сжатый элемент, её несущая способность теряется при достижении сталью критической температуры θ_cr. Критическая температура зависит не только от ПТМ, но и от гибкости колонны и уровня нагружения:

θ_cr = f(η, λ), где η = N_Ed / N_b,Rd — коэффициент использования несущей способности при нормальной температуре (обычно 0,5–0,7), λ — гибкость. Чем выше η (колонна загружена почти до предела), тем ниже θ_cr — колонна разрушится при более низкой температуре, и требуется более толстый слой огнезащиты.

Для типовых колонн многоэтажных зданий η ≈ 0,6, θ_cr ≈ 520–550°C. При стандартном пожаре без огнезащиты колонна достигает этой температуры за 8–12 минут (для ПТМ 10–15 мм). С краской 1,5 мм — за 90 минут (R90). С штукатуркой 30 мм — за 120 минут (R120).

Фермы и связи: составные сечения, проблема раскосов

Фермы покрытия (спортивные арены, ангары, цеха) — наиболее сложный для огнезащиты тип конструкций. Проблемы:

• Составные сечения. Ферма — это не моносечение «двутавр», а комбинация уголков, швеллеров, пластин, соединённых фасонками. Каждый элемент имеет свою ПТМ и требует индивидуального расчёта расхода краски. Упрощённо: рассчитывают минимальную ПТМ среди всех элементов фермы, и всю ферму красят по этому расходу.
• Раскосы малого сечения. Уголок L63×5 мм: A = 6,13 см², P = 0,25 м, ПТМ = 613 / 250 = 2,45 мм — очень тонкий, прогревается за 3–4 минуты. Требует максимального расхода краски, что удорожает огнезащиту всей фермы, хотя площадь раскосов — всего 15–25% общей площади.
• Неравномерный обогрев. Верхний пояс фермы частично экранирован кровельным покрытием (прогоны, профлист), нижний пояс обогревается полностью. Расход на верхнем поясе — как для 3-стороннего обогрева, на нижнем — как для 4-стороннего.

Сводная таблица: расход краски F-Steel для разных профилей

Пример: подбор огнезащиты для каркаса торгового центра

Исходные данные: ТЦ, 3 этажа, каркас стальной, II степень огнестойкости. Требуемые пределы: колонны — R90, балки перекрытий — R45, ферма покрытия атриума — R60.

Расчёт колонн (30К2, 24 шт. × 6 м²/шт = 144 м²). ПТМ 13,1 мм, R90: расход 1,4 кг/м². Краска: 144 × 1,4 × 1 200 = 241 920 руб.

Расчёт балок (30Б2, 78 шт. × 4,2 м²/шт = 328 м²). ПТМ 9,1 мм, R45: расход 0,8 кг/м². Краска: 328 × 0,8 × 1 200 = 314 880 руб.

Расчёт фермы (L160×16 пояса + L63×5 раскосы, 220 м²). Минимальная ПТМ 2,5 мм, R60: расход 2,0 кг/м². Краска: 220 × 2,0 × 1 200 = 528 000 руб.

Итого краска: 1 084 800 руб. Грунт + финиш: ~220 000 руб. Окраска: ~450 000 руб. Всего: ~1 755 000 руб. Удельно: ~2 500 руб./м² окрашенной стали или ~1 500 руб./м² общей площади ТЦ (1 200 м²).

Нормативные документы

1. ГОСТ Р 53295-2009 «Средства огнезащиты»
2. СП 2.13130.2020 «Обеспечение огнестойкости»
3. СТО 36554501-006-2006 «Огнезащита стальных конструкций»