ОБЕСПЕЧЕНИЕ ОГНЕЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ ИЗ ЛЕГКИХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ

Важнейшая роль в системе обеспечения пожарной безопасности различных объектов отводится огнезащите строительных конструкций (СК). Огнезащита предназначена снизить пожарную опасность объектов и обеспечить им требуемую огнестойкость.

Огнестойкость СК является одной из основных характеристик конструкций и представляет собой способность к сопротивлению воздействию высокой температуры в условиях пожара, сохраняя при этом свои обычные эксплуатационные функции.

В процессе проектирования зданий и сооружений необходимая огнестойкость СК достигается при помощи соответствующих материалов, конструктивных решений и использования огнезащиты. Использование огнезащиты – наиболее экономичный путь достижения требуемой огнестойкости. В зависимости от типа материалов, из которых выполнены те или иные строительные конструкции определяются конкретные технические решения и материалы, необходимые для огнезащиты.

Традиционными в строительстве являются каменные, бетонные и железобетонные, металлические и деревянные конструкции. В настоящее время широкое распространение получило строительство зданий и сооружений из легких металлических конструкций (ЛМК). Это связано с тем, что в современном строительстве большое значение отводится срокам возведения зданий и сооружений, их стоимости, надежности и безопасности. Из ЛМК строятся складские комплексы и терминалы, здания сельскохозяйственного назначения, открытые навесы, павильоны, спортивные и торговые сооружения. Несмотря на то, что металлоконструкции достаточно легки, они обладают высокой прочностью и надежностью, способностью воспринимать значительные нагрузки. Для монтажа металлоконструкций не требуется дорогостоящее оборудование или тяжелая грузоподъемная строительная техника. Строительство и монтаж металлоконструкций на объекте может осуществляться в любой сезон, независимо от погодных условий. Однако, несмотря на многочисленные достоинства металлоконструкций перед железобетонными, бетонными, кирпичными и другими строительными конструкциями, у них есть существенный недостаток. Металлоконструкции, как и остальные материалы, используемые в строительстве, не способны в течение длительного времени выдерживать воздействие высоких температур, которые возникают в здании при пожаре.

В соответствии со СНиП 21-01-97*[6] при проектировании зданий из ЛМК должны предусматриваться мероприятия, обеспечивающие необходимые нормы пожарной безопасности, конкретно по повышению предела огнестойкости металлоконструкций, используемых при возведении зданий.

В качестве меры огнестойкости конструкций выступает предел огнестойкости, определяемый временем в часах от начала пожара до момента, когда конструкция начинает терять свою несущую, ограждающую способность или целостность.

Предел огнестойкости несущих и ограждающих строительных конструкций определяется по времени достижения одного или последовательно нескольких из следующих признаков предельных состояний:

- потери несущей способности (R);

- потери целостности (Е);

- потери теплоизолирующей способности в результате повышения температуры на необогреваемой поверхности конструкции до предельных значений (I);

- потери теплоизолирующей способности по величине плотности теплового излучения (W) [5].

Для нормирования пределов огнестойкости несущих и ограждающих конструкций используют следующие предельные состояния (рис.1):

Рисунок 1. Признаки предельных состояний строительных конструкций [5]

Показатель предела огнестойкости по признаку R конструкции, которая является опорой для других конструкций, должен быть не меньше предела огнестойкости опираемой конструкции [5].

В зависимости от нормированных предельных состояний по огнестойкости и пределов огнестойкости строительные конструкции подразделяют на классы огнестойкости. Классы огнестойкости строительных конструкций обозначаются условными буквенными значениями предельных состояний и чисел, соответствующих нормированному пределу огнестойкости (в минутах), выбранного из ряда: 15; 30; 45; 60; 90; 120; 150; 180; 240; 360.

Таким образом, показатель предела огнестойкости узлов крепления и примыкания строительных конструкций между собой не должен быть ниже минимального значения требуемого предела огнестойкости стыкуемых строительных конструкций и будет определяться в рамках оценки огнестойкости стыкуемых строительных конструкций. Потеря несущей способности и деформация у незащищенных металлоконструкций происходят, как правило, через 10-15 минут после начала воздействия на них теплового импульса [2]. 

Согласно СНиП 21-01-97*[6] незащищенные металлоконструкции могут использоваться, если минимальный требуемый предел огнестойкости конструкции установлен R 15 (RЕ 15, RЕI 15). Во всех остальных случаях необходимо принять меры по повышению их огнестойкости до требуемых значений при помощи средств огнезащиты.

Определение способа огнезащиты для каждого конкретного здания осуществляется с учетом требуемых пожарно-технических характеристик конструкции. Учитывается тип защищаемой конструкции (колонны, ригели, балки, стойки, связи), температурно-влажностные условия при производстве работ по огнезащите и в процессе дальнейшей эксплуатации и другие требования, предъявляемые к конструкциям.

Нанесение огнезащитных покрытий является одним из основных способов огнезащиты металлоконструкций. Ещё недавно металлоконструкции защищались от пожара традиционными способами: бетонированием, кирпичной кладкой, оштукатуриванием и др. Однако использование данных способов приводит к существенному увеличению массы конструкций, что является совершенно неприемлемым для зданий из легких металлических конструкций.

В настоящее время используют теплозащитные штукатурки, огнезащитные покрытия и вспучивающиеся краски.

Для зданий из ЛМК наиболее эффективным способом огнезащиты является нанесение на поверхность тонкослойных вспучивающихся огнезащитных составов (красок).

Вспучивающиеся краски – это сложнейшая система, состоящая как из органических, так неорганических соединений, которая препятствует прогреванию металла, а также распространению огня по поверхности конструкции [3]. Состав вспучивающихся огнезащитных красок (покрытий) состоит из композиционных материалов, которые включают в себя полимерное вяжущее и наполнители (газообразователи, антипирены, жаростойкие вещества, стабилизаторы вспененного угольного слоя).

Вспучивающиеся краски наносятся на поверхность металлических конструкций тонким слоем толщиной, как правило, до двух–трех миллиметров [5]. На рисунке 2 показана многослойная структура покрытия балки, включающая традиционное антикоррозийное, огнезащитное и декоративное покрытия.

Рисунок 2. Структура покрытия строительной конструкции из двутавровой балки [5]

Действие краски основано на том, что нанесенное покрытие вспучивается в результате воздействия высоких температур (170 – 250⁰ С) и образует пористый теплоизолирующий слой толщиной в несколько сантиметров.

Вспучивающиеся покрытия в своем составе имеют компоненты, являющиеся источником образования вспененного угольного слоя, который покрывает поверхность конструкции, постепенно закоксовывается и становится жестким. Вспененный слой, обладая низкой теплопроводностью, выполняет функцию теплозащитного экрана, замедляющего распространение тепла по защищаемой конструкции, а также её прогрев.

Таким образом, защищенные конструкции значительно позже попадают в область критической температуры. При этом происходит процесс интумесценции (Интумесценция (intumescence - набухание, вспухание) – увеличение объема материала в жидком состоянии вследствие роста объема присутствующих в материале частиц интеркалированного наполнителя, индуцированное давлением разложения интеркалята при его нагреве) – увеличения объема огнезащитного покрытия в 10–40 раз. Обработанные специальными покрытиями, металлоконструкции достигают предела огнестойкости в 2,5 часа.

К преимуществам данного способа огнезащиты следует отнести:

- минимальную толщину и весовую нагрузку на конструкцию;

- возможность нанесения валиком, кистью, распылением;

- возможность защиты труднодоступных мест металлоконструкции;

- минимизацию технологических потерь;

- нет необходимости в проведении специальной подготовки персонала.

- ремонтоспособность;

- повышенную защиту от вибраций;

- хорошие декоративные свойства.

Из недостатков следует отметить: ограничение области применения согласно требованиям нормативной документации по пожарной безопасности; осуществление постоянного контроля толщины покрытия.

Следует также отметить, что такие составы могут применяться для огнезащиты металлических конструкций любой сложности конфигурации.

Список литературы:

1. Багрова М.А. Современные методы огнезащиты стальных конструкций // Наука и современность. - 2011. - №10-1. - С.9-14.
2. Киселев В.В. Влияние высоких температур при пожаре на прочность металлоконструкций / В.В. Киселев, Н.А. Кропотова, К.А. Архангельский // Материалы ХI международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «ЭНЕРГИЯ -2016». – 2016. – Т. 4. – С. 124-126.
3. Кропотова Н.А. Техническое решение вопросов огнезащиты металлических конструкций быстровозводимых модульных зданий. NovaInfo.Ru - №56, 2016. [Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL:http://novainfo.ru/ (дата обращения: 27.05.2017).
4. Пехотиков А.В., Павлов В.В. Средства огнезащиты для стальных конструкций, актуальные вопросы при их применении, оценка технико-эксплуатационных характеристик. - Промышленные Покрытия. - 2015. - № 5-6.-  С.30-34.
5. Пронин Д.Г. Огнестойкость стальных несущих конструкций». Ассоциация развития стального строительства.- М.: Аксиом Графикс Юнион, 2015. – 52 с.
6. СНиП 21-01-97* «Пожарная безопасность зданий и сооружений».