Исследование влияния средств огнезащиты на прогибы стальных конструкций

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

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

Таблица 3

Прогибы балок по оси Z

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.