CC BY
170
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ОГНЕЗАЩИТЫ СТАЛЬНЫХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ
© Багрова М.А.*
Кумертауский филиал Оренбургского государственного университета, г. Кумертау
В статье рассматриваются способы огнезащиты металлоконструкций, определяются наиболее эффективные методы увеличения огне -стойкости металлических конструкций в соответствии с необходимой для них степенью защиты.
В последние годы число пожаров по России выросло до 240-300 тыс. в год и иногда они чреваты самыми трагическими последствиями. С возникновения на земле первых сооружений человечества, идет постоянная борьба с пожарами, изобретаются все более совершенные методы огнезащиты.
Актуальные нормы пожарной безопасности уделяют особое внимание вопросу огнезащиты несущих металлоконструкций.
Металлические несущие конструкции при пожаре очень быстро нагреваются и уже через 15-40 минут после начала пожара могут снизить свои расчетные прочностные характеристики в 2 раза, а при последующем воздействии высоких температур или их перепада разрушиться.
Критическая температура, при которой происходит потеря несущей способности стальных конструкций при нормативной нагрузке, принимается равной 500 °С. Фактический предел огнестойкости стальных конструкций в зависимости от толщины элементов сечения и действующих напряжений составляет от 0,1 до 0,4 ч, в то время как минимальные значения требуемых пределов огнестойкости основных строительных конструкций, в том числе металлических, составляет от 0,25 до 2,5 ч. в зависимости от степени огнестойкости зданий и типа конструкций [2]. Задача огнезащиты металлических конструкций заключается в создании на её поверхности теплоизолирующих экранов, выдерживающих высокие температуры и непосредственное действие огня. Наличие этих экранов позволяет замедлить нагревание металла и сохранять конструкции свои функции при пожаре в течение заданного периода времени.
Огнезащита стальных металлоконструкций может быть выполнена различными способами:
- обеспечения защитного слоя путем обетонирования, обкладки кирпичом, оштукатуривания;
- нанесение огнезащитных вспучивающихся покрытий (красок, мастик);
* Ассистент кафедры «Городское строительство и хозяйство».
- устройство теплоизолирующих экранов (облицовка из плитных и листовых материалов) [7].
Все эти способы огнезащиты направлены на повышение пожарной безопасности за счет увеличения огнестойкости металлических конструкций и элементов.
В случае если металлоконструкции это - колонны, балки, связи или лестничные косоуры, которые в процессе эксплуатации будут находиться в закрытом состоянии (за подвесным потолком или закрыты листовыми материалами), то в качестве огнезащитного материала выбирается легкая огнезащитная штукатурка [1].
При использовании такого способа, как оштукатуривание, предел огнестойкости металлических конструкций увеличивается до 0,7 ч.
При экономически обоснованном соотношении величины вероятного ущерба и расходов на противопожарные мероприятия, вспучивающиеся огнезащитные покрытия являются наиболее оптимальным вариантом для повышения предела огнестойкости металлических конструкций. Огнезащитные свойства вспучивающихся покрытий проявляются за счет увеличения толщины слоя и изменения теплофизических характеристик при тепловом воздействии в условиях пожара. При воздействии высоких температур покрытия вспучиваются, увеличиваясь в объеме в 25-30 раз, образуя пористый термоизолирующий слой. Благодаря низкой теплопроводности пористый слой предотвращает нагрев металла.
Вспучивающиеся огнезащитные краски обладают рядом преимуществ по отношению к традиционным средствам огнезащиты.
Применение красок облегчает и упрощает проведение работ по их нанесению, т.к. этот процесс является менее трудоемким по сравнению с другими методами огнезащиты (обетонированием, оштукатуриванием, обкладкой кирпичом и т.п.). При этом сокращаются сроки строительства, снимаются дополнительные нагрузки на конструкции. Фактура поверхности и эстетичный внешний вид покрытий, полученных на основе вспучивающихся красок, позволяют оставлять в интерьерах зданий открытые металлические конструкции.
Тонкослойные огнезащитные покрытия скрывают в себе механизм сложных физико-химических процессов, начинающих свое действие при возникновении пожара.
При тепловых воздействиях вследствие физических и химических процессов происходит образование вспененного слоя, представляющего собой закоксовавшийся расплав негорючих веществ. Эти пенистые угольные слои обладают теплоизолирующими свойствами и обеспечивают эффективную защиту материалов от огня.
В целом, процесс формирования жесткой пены можно представить в виде трех основных фаз: пластификацию, расширение и затвердевание.
Каждый из процессов протекает в рамках специфичного температурного диапазона, и завершение каждой фазы требует определенного времени [1].
Благодаря компонентам, входящим в состав вспучивающихся красок, протекают сложные химические реакции, заставляющие работать огнезащитную систему при термическом воздействии. На начальной стадии про-есса образования теплоизоляционного слоя (пенококса) происходит размягчение полимерного связующего с одновременным эндотермическим разложением газообразователей.
На второй стадии процесса образования пенококса начинается объемное увеличение слоя огнезащитного покрытия, далее - постепенное обугливание верхних слоев образующейся пенной массы, которое приводит к образованию жесткой структуры.
Окончательная стадия процесса характеризуется постепенным выгоранием угольного слоя пены с последующим его механическим разрушением и превращением в пепел.
На российском рынке в настоящее время представлено огромное количество огнезащитных красок, как отечественных, так и импортных. Лучшими, безусловно, являются экологически чистые огнезащитные составы с высокой степенью огнезащитной эффективности, низким расходом и большим сроком службы покрытия.
К последним разработкам относятся огнезащитные краски вспучивающегося типа, обеспечивающие предел огнестойкости до Я120 (120 минут), которые допускают их нанесение на поверхность в любых погодных условиях (в мороз до -30 °С и влажности до 90 %) [8].
В строительстве высотных многофункциональных зданий и комплексов должны применяться материалы, отвечающие высоким требованиям. Наилучшим решением огнезащиты несущих конструкций таких зданий является система на основе жестких негорючих минераловатных плит [6]. Плиты изготавливаются из расплавленных базальтовых горных пород, нагретых до температуры плавления порядка 1500 °С. Благодаря этому волокна получаемой ваты не плавясь, выдерживают воздействие очень высоких температур, до 1000 °С.
Преимущества такой огнезащиты следующие:
- обеспечивается достижение защищаемых элементов и металлоконструкций необходимого предела огнестойкости, вплоть до Я240 (4 часа);
- отсутствие зависимости от состояния ранее нанесенных лакокрасочных покрытий (не требует очистки поверхности защищаемых конструкций);
- отсутствие коррозии защищаемой конструкции, вследствие высокого уровня паропроницаемости плит;
- широкий диапазон температурно-влажностных условий эксплуатации системы;
- отсутствие загрязнений при монтаже окружающего защищаемые конструкции пространства и поверхности;
- продолжительный срок эксплуатации системы (до 50 лет) при минимальном ее обслуживании;
- продолжительный срок хранения компонентов системы;
- соответствие высоким эстетическим требованиям к внешнему виду огнезащиты;
- экологично сть.
Стабильность размеров и безусадочность каменной ваты обеспечивается ее структурой: тончайшие волокна материала расположены хаотично в горизонтальном и вертикальном направлениях и под различными углами друг к другу.
Монтаж огнезащитной системы должен выполняться в соответствии с требованиями проекта и технологических регламентов.
В случае отсутствия прилегания вертикальных и горизонтальных элементов конструкций к перегородкам и стенам здания выполняется их четырехсторонняя защита.
Для монтажа огнезащитного покрытия необходимо подготовить должное количество вставок и внешних плит в соответствии с размерами профиля. Размеры вставок должны быть не менее 100 мм по ширине и 50 мм в толщину. Далее наносится клеевой состав на боковые торцы минераловат-ных вставок, вставки закрепляются на конструкции. Шаг ме^ду двумя вставками составляет в наибольшем значении 600 мм и определяется длиною внешних плит, т.е. она должна находится под стыками покрывающих плит посередине. После высыхания вклеенных вставок, необходимо закрепить на конструкции с помощью клея и сами плиты. Клей наносится на места контакта плиты с металлоконструкцией, вставками и прилегающими плитами. Дополнительно плиты фиксируются гвоздями с шагом не более 200 мм и не менее 2-3 гвоздя на вставку. Длина монтажных гвоздей должна быть примерно в два раза больше толщины применяемых для покрытия плит. В условиях, когда защищаемые элементы прилегают к перегородкам и стенам здания, применяются другие схемы огнезащитного покрытия. Но принцип монтажа покрытия этих схем всё равно остается такой же как и при четырехсторонней.
Требуемый предел огнестойкости металлической конструкции достигается посредством подбора соответствующей толщины плит в зависимости от приведенной толщины защищаемой металлической конструкции (при нормативном значении критической температуры 500 °С).
Приведенная толщина металла вычисляется из отношения:
Р / П [мм]
т- «2
где р - площадь поперечного сечения металлической конструкции, мм ; П - обогреваемая часть периметра конструкции, мм.
Длина нагреваемого контура П для различных вариантов защиты двутаврового профиля рассчитывается способом, указанным на рис. 1-4.
Условные обозначения:
& - ширина подошвы профиля; Н - общая высота профиля
Рис. 1. Двутавровый профиль
Размеры 8 и Н указаны в таблицах соответствующих ГОСТов и нормах по проектированию металлоконструкций.
Рис. 2. Четырехсторонняя Рис. 3. Трехсторонняя Рис. 4. Двухсторонняя изоляци изоляция изоляция
Для профилей других, не стандартизированных форм, расчет приведенной толщины металла производится аналогичным образом.
Приняв нормативное значение критической температуры (500 °С), зная приведенную толщину металла и минераловатных плит на графике номограммы (рис. 5) можно определить предел огнестойкости стальной конструкции.
Аналогичным способом данные номограммы могут использоваться для решения обратных задач: поиска минимальной толщины минераловатных плит для обеспечения заданного предела огнестойкости, и поиска минимальной приведенной толщины металла конструкции для обеспечения заданного предела огнестойкости.
Можно сказать, что существует немало способов повысить пожаробе-зопасность и увеличить огнестойкость металлических конструкций.
з 190
Л 180
170
■ ВО I 50
40
У
■
/
т~
/ *
/
/
/
■
Приведенная толщина металла, мм
Рис. 5. Огнестойкость стальных конструкций с огнезащитой из негорючих минераловатных плит при ^ = 500 °С
—•—20 мм 30 мы -*-40 гм -*-50 мм -•—60 мм
—1—70 мм —*—80 мм — 110 мм
Рис. 6. Толщина минераловатных плит
Применение огнезащитных штукатурок возможно для колонн в зданиях I степени огнестойкости производственного и складского назначения. Нанесение вспучивающихся красок более оправдано в случае, когда минимальный предел огнестойкости равен 1,5-2 ч. Если же несущие металлические конструкции нуждаются в повышенной огнезащите, то наиболее эффективным является применение теплоизолирующих минеральных негорючих плит.
Список литературы:
1. Рекомендации по применению огнезащитных покрытий для металлических конструкций. - ЦНИИСК им. Кучеренко, 1984.
2. СНиП 21-01-97*. Пожарная безопасность зданий и сооружений.
3. НПБ 236-97. Огнезащитные составы для стальных конструкций. Общие требования. Методы определения огнезащитной эффективности.
4. Правила применения огнезащитных покрытий строительных конструкций зданий и сооружений энергетических предприятий. СО 34.49.505-2003.
5. ГОСТ 30247.0-94. Конструкции строительные. Метод испытания на огнестойкость. Общие требования.
6. www.paroc.com.
7. www.pogar-bezopasnost.ru.
8. www.OgneHimZashita.ru.
УСЛОВИЯ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ СЕЛЬСКОЙ ТЕРРИТОРИИ НЕЧЕРНОЗЕМЬЯ
© Гаевская З.А.*
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, г. Санкт-Петербург
Рассмотрены вопросы устойчивого развития сельской территории Нечерноземья. Снятие антропологического напряжения возможно на основе разработки градостроительных механизмов обеспечения внутренне сопряженного функционирования триады - природа, население, хозяйство.
К началу третьего тысячелетия мировая цивилизация подошла в состоянии глубокого системного кризиса, который имеет свои социальные, демографические, экологические, экономические аспекты.
Кроме этого демографический переход, определенный академиком С. П. Капицей, связанный со стабилизацией численности населения, живущего на Земле, к 2040 г.,приведет к радикальной трансформации доминирующей картины мира, образа жизни и мыслей человечества, его взаимоотношений с окружающим миром [1].
Вошедшее в конце 20 в. в наш лексикон понятие «устойчивое развитие» можно рассматривать как категорию менталитета нового века. В общепринятом понятии устойчивое развитие - это стабильное социально-экономическое развитие, не разрушающее своей природной основы и обеспечивающее непрерывный прогресс общества. В этом смысле устойчивое развитие характеризуется экономической эффективностью, экологической безопасностью и социальной справедливостью.
Новое столетие должно стать альтернативой «технократическому обще -ству», поставившему мир на грань кризиса планетарного масштаба. В зависимости от этого XXI в. станет либо веком глобальной антропоэкологической катастрофы, либо веком выживания и устойчивого развития цивилизации.
* Доцент кафедры Реставрации и реконструкции архитектурного наследия, кандидат архитектуры.
