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
- Металлические конструкции / Е.И.Беленя, Н.Н.Стрелецкий, Г.С.Ведеников и др.; под ред Е.И.Беленя. – М., 1991.
- 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.
- 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)
