Исследование влияния средств огнезащиты на прогибы стальных конструкций

Исследование влияния средств огнезащиты на прогибы стальных конструкций

В данной статье приведена информация о существующих средствах огнезашиты, выполнен расчёт воздействия нагрузок от наносимых средств на металлические рамы пролётами 6, 12 и 24 м в программе SCAD, определены прогибы балок, получена графическая и эмпирическая зависимость прогиба от толщины наносимого слоя.

Авторы публикации

Рубрика

Архитектура, дизайн, строительство

Журнал

Журнал «Научный лидер» выпуск # 15 (17), июнь ‘21

Поделиться

С развитием научно-технического прогресса большое значение стало отводится промышленности, выпускающей химическую продукцию, средства массового потребления, металлургической отрасли. Распространённым конструкционным решением для предприятий является каркасные рамные и рамно-связевые здания, в которых несущими конструкциями выступают колонны и балки, на которые укладываются плиты перекрытий. Обычно каркас делают железобетонным или стальным. При использовании стального каркаса необходимо предусмотреть меры защиты от коррозии и огня. Металлические конструкции сами по себе не воспламеняются, но при температуре свыше 500℃ начинают ухудшаться их прочность и устойчивость, что влечёт за собой риск разрушения всей системы [1, с. 16]. Поэтому при строительстве таких зданий на колонны наносят специальные составы или обеспечивают конструктивные средства огнезащиты, которых на сегодняшний день существует множество видов [2, с. 3]. Ниже в таблице 1 представлены применяемые меры защиты от огня.

Таблица 1 Методы огнезащиты

Метод огнезащиты

Огнезащитный материал

Средняя плотность кг/м^3

Толщина огнезащитного материала, мм (При требуемых пределах огнестойкости, мин)

R45

R60

R90

R120

R150

Облицовка

Кирпич ША - 8

1800

65

65

65

65

120

Бетон

2500

25

25

40

50

60

Гипсокартон knauf

850

12

12

50

 -

 -

Оштукатуривание

Цем. Песчанная мелкая штукатурка

1800

25

25

40

50

60

Перлитовая штукатурка

500

15

15

30

40

50

Нанесение покрытий

Невспучивающиеся покрытие ОФП-МВ

300

15

15

30

40

45

Вспучивающиеся покрытие ОЗС-МВ

1230

8

8

24

32

 -

Следует помнить, что при облицовывании кирпичом, бетоном или гипсокартоном нагрузка от этих средств не передаётся на конструкции, а нанесение растворов и покрытий дополнительно загружает непосредственно сами балки и колонны, что может вызвать перемещения и прогибы[3, с. 14]. В качестве примера моделирую в програмном комплексе SCAD 3 плоских рамы пролётами 6, 12 и 24 м. Высота колонн 6 м. Сечения конструкций следуюшие: колонны - двутавр колонный 30К1; балки - двутавр широкополочный 20Ш1. Рассчитываю массу состава на 1 м в таблице 2 ниже. Далее стойки и балки рам загружались полученной нагрузкой и выполнялся расчёт. В каждом случае учитывался собственный вес конструкций. Результаты расчёта показали, что на колонны нанесённые средства влияют минимально и деформации пренебрежительно малы. Большие прогибы возникают в горизонтальных балках, которые можно увидеть в таблице 3 ниже.

Таблица 2

Нагрузка на конструкции

30К1

Средство огнезащиты

Цементно-песчаная штукатурка

Перлитовая штукатурка

Невспучивающееся покрытие ОФП-МВ

Вспучивающееся покрытие ОЗС-МВ

Предел огнестойкости, мин

45

150

45

150

45

150

45

120

Площадь поверхности 1м конструкции, м2

1,774

1,774

1,774

1,774

1,774

1,774

1,774

1,774

Толщина наносимого матетриала, м

0,025

0,06

0,015

0,05

0,015

0,045

0,008

0,032

Объём наносимого материала, м3

0,04435

0,10644

0,02661

0,0887

0,02661

0,07983

0,014192

0,056768

Плотность наносимого материала, кг/м3

1800

1800

500

500

300

300

1230

1230

Масса нанесённого материала, кг/м

79,83

191,592

13,305

44,35

7,983

23,949

17,45616

69,82464

20Ш1

Площадь поверхности 1м конструкции, м2

0,976

0,976

0,976

0,976

0,976

0,976

0,976

0,976

Толщина наносимого матетриала, м

0,025

0,06

0,015

0,05

0,015

0,045

0,008

0,032

Объём наносимого материала, м3

0,0244

0,05856

0,01464

0,0488

0,01464

0,04392

0,007808

0,031232

Плотность наносимого материала, кг/м3

1800

1800

500

500

300

300

1230

1230

Масса нанесённого материала, кг/м

43,92

105,408

7,32

24,4

4,392

13,176

9,60384

38,41536

Таблица 3

Прогибы балок по оси Z

30к1

 

Цем.песч

Перлит

Невспучивающиеся покрытие ОФП-МВ

Вспучивающиеся покрытие ОЗС-МВ

Предел огнест., мин

45

150

45

150

45

150

45

120

Площадь поверхн 1м, м2

1,774

1,774

1,774

1,774

1,774

1,774

1,774

1,774

Толщ. мат, м

0,025

0,06

0,015

0,05

0,015

0,045

0,008

0,032

Объём нанес. мат., м3

0,04435

0,10644

0,02661

0,0887

0,02661

0,07983

0,014192

0,056768

Плотность нанес. мат.,кг/м3

1800

1800

500

500

300

300

1230

1230

Масса мат., кг

79,83

191,592

13,305

44,35

7,983

23,949

17,45616

69,82464

Самые большие значения перемещений в 24 метровой балке при обработке её цементно-песчаным раствором. Данный способ хоть и является экономичным, но возникающие прогибы превышают допустимый предел по действующим нормам [3]. Также нанесение вспучивающегося покрытия ОЗС-МВ толщиной больше 8 мм сопряжено с риском возникновения избыточных деформаций. Для расчёта нужной толщины слоя в таком случае можно воспользоваться эмпирической зависимостью, представленной ниже на графике (граф. 1):

 

График 1. Прогибы в балке рамы пролётом 6 м

Полученные автором результаты могут быть использованы в строительной практике при проектировании каркасов стальных конструкций и разработке мероприятий по их защите от огня.

Список литературы

  1. Металлические конструкции / Е.И.Беленя, Н.Н.Стрелецкий, Г.С.Ведеников и др.; под ред Е.И.Беленя. – М., 1991.
  2. Голованов В. И., Пехотиков А. В., Павлов В. В. Обзор рынка средств огнезащиты металлоконструкций. Преимущества и недостатки различных видов – М.: Материалы Всероссийской научнопрактической конференции «Огнезащита XXI века» – 2014.
  3. Сабирзянова Р.Н., Красина И.В. Применение вспучивающего антипирена для придания материалам огнестойкости // Вестник Казанского технологического университета. 2014. №19. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/primenenie-vspuchivayuschego-antipirena-dlya-pridaniya-materialam-ognestoykosti (дата обращения: 10.06.2021)

Предоставляем бесплатную справку о публикации,  препринт статьи — сразу после оплаты.

Прием материалов
c по
Осталось 2 дня до окончания
Размещение электронной версии
Загрузка материалов в elibrary