Огнезащита металлоконструкций: как рассчитать и что использовать

О чем речь? Огнезащита металлоконструкций обязательна для несущих элементов, балок, двутавр, колонн, лестниц, элементов кровли. Для выбора подходящего способа защиты проводят предварительный расчет огнестойкости.

На что обратить внимание? Огнезащита обеспечивается при помощи штукатурки, краски, базальтового волокна, бетона, листовых материалов и специальных покрытий. В процессе нанесения соблюдают технологию, чтобы получить необходимый эффект.

Понятие огнезащиты металлоконструкций

Для обеспечения огнезащиты металлоконструкций используются специальные меры, которые направлены на минимизацию либо полное устранение воздействия огня на металлические элементы. Это позволяет значительно повысить устойчивость несущих конструкций зданий при возникновении пожара.

Необходимо гарантировать эффективную огнезащиту металлоконструкций, так как при высокой температуре металл постепенно теряет свои свойства – размягчается, плавится, деформируется и трескается, что приводит к снижению его прочности. Это может вызвать обрушение стен и других конструктивных элементов здания. В ряде случаев материал теряет свои исходные качества уже спустя три – пять минут после начала воздействия огня.

В ходе строительных работ важно применять материалы, обладающие высоким пределом огнестойкости, или повышать его с помощью такого метода, как нанесение огнезащиты на металлоконструкции, что помогает защитить несущие элементы от разрушительного воздействия огня.

Металлические конструкции в строительстве подвергаются специальной обработке для повышения их огнестойкости, которая регламентируется соответствующими нормативными актами. Применяемые для конструктивной огнезащиты металлоконструкций средства указаны в ГОСТ Р53295-2009 и НПБ 236-97. ГОСТ 30247.0-94 определяет порядок проведения испытаний на огнестойкость.

Среди нормативных документов также значатся различные СП и СНиП, где описаны основные требования к пожарной безопасности, классификации, даны таблицы с нормативами, относящиеся к строительным работам. К подобным документам относятся СП2.13130.2012, СНиП21-01-97, СП 21-101 и СП 21-102. Информацию о лаках и красках можно найти в ГОСТ 28246, а о фосфатных минеральных волокнах – в ГОСТ 25665-83. Эти стандарты регулируют нанесение огнезащиты на металлоконструкции.

Специальные составы применяются для всех типов металлических строительных материалов (из стали, алюминия, железа и чугуна).

Огнезащита металлоконструкций обязательна для:

• несущих конструкций;
• двутавров;
• лестниц;
• колонн;
• косынок;
• опор кровельных элементов;
• противопожарных ограждений;
• открытых частей металлических конструкций.

Невозможно спроектировать, построить и сдать объект в эксплуатацию без использования защитных мер.

Однако существует несколько видов конструкций, которые не требуют специальной обработки огнезащитными составами. Это элементы, которые не играют конструктивной роли и (согласно нормам) не обязаны иметь класс пожароопасности и огнестойкости.

Расчет огнестойкости для создания огнезащиты металлоконструкций

Методы огнезащиты металлоконструкций выбираются, исходя из требований к огнестойкости зданий, которые определены в СП 2.13130.2020 «Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты». Для зданий I и II степени огнестойкости, где несущие конструкции (колонны, фермы, стены и перекрытия) обеспечивают прочность и устойчивость строения, стойкость к огню должна поддерживаться за счет применения следующих решений:

• Конструктивная защита металлоконструкций от огня (теплоизоляционные плиты или толстослойные покрытия).
• Тонкослойные вспучивающиеся огнезащитные краски.

Для сейсмически активных зон предусмотрены особые требования.

Применяемые средства защиты от огня должны соответствовать нормам СП 14.13330, обеспечивая прочность конструкции при нагрузках, возникающих в результате землетрясений. Также огнезащитные материалы не могут использоваться там, где нет возможности их контроля, ремонта или замены.

Нанесение огнезащиты на металлоконструкции в виде специальных красок допускается в зданиях I и II степени огнестойкости только на тех металлических конструкциях, где приведенная толщина металла превышает 58 мм. Далее рассмотрим этот параметр более подробно.

Согласно НПБ 236-97 «Огнезащитные составы для стальных конструкций», приведенная толщина металла определяется следующей формулой:

ПТМ = S / P,

где:

• ПТМ – приведенная толщина металла (мм);
• S – площадь поперечного сечения (мм²);
• P – нагреваемый периметр (мм).

Пример расчета для двутавровой балки 40Ш1 (ГОСТ 26020-83) с нагревом со всех сторон:

Площадь поперечного сечения: S = 12235 мм².

Нагреваемый периметр: P = 1919 мм.

Приведенная толщина металла: ПТМ = S / P = 12235 / 1919 = 638 мм.

Способы обеспечения огнезащиты металлоконструкций

Бетонирование и кирпичная кладка

Этот метод широко используется при реконструкции зданий, так как позволяет не только обеспечить огнезащиту металлоконструкций, но и укрепить их, защищая от воздействия времени. Кирпич используется для защиты вертикальных конструкций, тогда как бетон является более универсальным материалом.

Согласно рекомендациям ЦНИИСК им. Кучеренко, оптимальная толщина бетонного слоя для конструктивной огнезащиты металлоконструкций составляет от 20 до 60 мм. Это обеспечивает предел огнестойкости от 0,75 до 2,5 часа.

Преимущества данного метода:

• дополнительная прочность конструкции;
• высокая устойчивость к погодным условиям и агрессивным внешним факторам, что улучшает огнезащиту металлоконструкций.

Ограничения:

• трудоемкость опалубочных и арматурных работ;
• низкий уровень производительности;
• увеличение нагрузки на несущие конструкции, что может усложнить нанесение огнезащиты на металлоконструкции;
• невозможность выполнения работ на фермах, балках и связях колонн.

Листовые и плитные облицовки и экраны

Листовые и плитные экраны для огнезащиты металлоконструкций изготавливаются из различных теплоизоляционных материалов, таких как гипсокартон, гипсоволокнистые листы, асбестоцементные и перлитофосфогелиевые плиты, а также пластины на основе вспученного вермикулита.

Монтаж плит и листов для конструктивной огнезащиты металлоконструкций осуществляется с использованием крепежных элементов, приваренных к каркасу (стальные уголки, пластины и штыри). Этот способ часто применяется для укрепления колонн, стоек и балок, однако редко используется для ферм и связей.

Предел огнестойкости: до 2,5 часа.

Преимущества:

• не требуется предварительной очистки поверхности от лакокрасочных покрытий перед нанесением огнезащиты на металлоконструкции;
• минимальные нагрузки на каркас в зависимости от применяемого материала.

Ограничения:

• перерасход материалов при недостаточной защите;
• высокая паропроницаемость защитного покрытия при конструктивной огнезащите металлоконструкций.

Штукатурка

Существует два основных типа штукатурных огнезащитных покрытий: цементно-песчаные растворы и облегченные составы, включающие в себя асбест, перлит, вермикулит и фосфатные соединения.

В случае использования цементно-песчаной штукатурки следует учитывать, что она создает значительную нагрузку на несущие конструкции. Облегченные составы помогают уменьшить вес защитного покрытия, однако их долговечность и прочность уступают традиционным материалам для огнезащиты металлоконструкций. Также смеси на основе жидкого стекла, извести и гипса подходят для применения исключительно в помещениях, где относительная влажность воздуха не превышает 60 %.

Предел огнестойкости: до 2,5 часа.

Преимущества:

• доступная стоимость материалов для нанесения огнезащиты на металлоконструкции;
• устойчивость к неблагоприятным погодным условиям;
• высокий уровень огнестойкости при относительно небольшой толщине слоя покрытия.

Ограничения:

• требуется армирование стальной сеткой;
• обязательна обработка антикоррозийными составами перед нанесением огнезащиты на металлоконструкции;

• невозможно использовать на конструкциях сложной формы;
• цементно-песчаная штукатурка создает высокие нагрузки на каркас;
• облегченные составы могут снижать прочность и адгезию к поверхности.

Покрытия на основе неорганического связующего

Легкие огнезащитные покрытия изготавливаются с использованием неорганических материалов, таких как жидкое стекло или силикофосфатные связующие вещества.

Жидкое стекло – это материал, который при резком повышении температуры вступает в реакцию, образуя жаростойкие соединения, эффективно защищающие металл от воздействия огня и обеспечивающие конструктивную огнезащиту металлоконструкций.

Предел огнестойкости: от 0,75 до 2,5 часа.

Преимущества:

• малый вес конструкций с нанесенными огнезащитными покрытиями;
• высокий уровень огнестойкости;
• относительно тонкий защитный слой (от 5 до 65 мм), обеспечивающий эффективную огнезащиту металлоконструкций.

Ограничения:

• хрупкость защитного покрытия;
• сильная усадка при изменении уровня влажности и после высыхания;
• высокощелочная реакция, которая может повредить грунтовку и вызвать расслоение;

• перед нанесением огнезащиты на металлоконструкции требуется очистка от лакокрасочных покрытий и обезжиривание поверхности;
• данный вид огнезащиты применим только при влажности воздуха не выше 85 %.

Огнезащитные составы терморасширяющегося типа

Этот тип защиты используется на самых разных объектах. Его принцип действия заключается в расширении. При обычной температуре слой остается тонким и практически незаметным, сохраняя эстетичный внешний вид, одновременно выполняя функции декоративного лакокрасочного покрытия, что обеспечивает эффективную огнезащиту металлоконструкций. Толщина огнезащитного слоя обычно не превышает 2 мм.

При нагреве воздуха до +170…+250 °C материал расширяется в 10–40 раз, формируя пористый теплоизоляционный слой, что предотвращает перегрев металлоконструкций и поддерживает их огнестойкость. Этот пласт предотвращает нагрев металла до критической температуры, которая может повредить его структуру и снизить несущую способность, что делает огнезащиту металлоконструкций надежной даже при значительных температурных колебаниях.

Терморасширяющиеся пасты могут включать как неорганические, так и органические компоненты на водной основе, а также краски с минеральными добавками, растворенные в органических растворителях для конструктивной огнезащиты металлоконструкций.

Предел огнестойкости: до одного часа.

Преимущества:

• крайне малый вес конструкции с защитным покрытием;
• минимальная толщина защитного слоя (до 2 мм), что оптимально для огнезащиты металлоконструкций;
• высокая эстетичность покрытия.

Ограничения:

• требуется тщательная очистка поверхности от старого лакокрасочного покрытия и обезжиривание перед нанесением огнезащиты на металлоконструкции;
• наложение специальной грунтовки, рекомендованной производителем огнезащитного состава, является обязательным;
• данный метод можно использовать только при влажности воздуха не выше 85 % и в температурных диапазонах от -50 до +60 °C.

Базальтовая огнезащита

Защита металлоконструкций от огня на основе базальтового волокна изготавливается из расплавленного базальта – горной породы.

Данный минерал природного происхождения является полностью экологичным, а огнезащитное покрытие, созданное на его основе, сохраняет свои свойства на протяжении десятилетий. Срок службы такой огнезащиты металлоконструкций может достигать 25 лет, что соответствует сроку эксплуатации большинства металлических конструкций.

Предел огнестойкости: до 2,5 часа.

Преимущества:

• малый вес конструкций с нанесенным покрытием;
• высокая устойчивость к агрессивным химическим средам;
• виброустойчивость;
• отличная адгезия к металлу, что улучшает нанесение огнезащиты на металлоконструкции;
• экологичность, отсутствие токсичных выделений;
• долгий срок службы покрытия.

Ограничения:

• требуется тщательная очистка поверхности от лакокрасочных покрытий и обезжиривание перед нанесением огнезащиты на металлоконструкции;
• низкая эстетическая привлекательность конструкции;
• для установки покрытия необходим огнестойкий клеевой состав.

Правила нанесения огнезащитных составов на металлоконструкции

Краска для нанесения в качестве огнезащиты на металлоконструкции применяется с использованием безвоздушных распылителей. Важно точно соблюдать толщину слоя: слишком тонкий потрескается при высыхании, а чрезмерно толстый будет сохнуть очень долго, что может снизить эффективность покрытия.

При нанесении слоя специалисты всегда учитывают коэффициент усадки во время высыхания. Толщина каждого пласта контролируется с помощью электромагнитного вихревого толщиномера, что позволяет добиться качественной огнезащиты металлоконструкций.

Подготовка поверхности перед нанесением покрытия играет ключевую роль. При недостаточной подготовке огнезащита металла может быстро разрушиться под внешним воздействием. Сначала металл очищают, используя один из двух методов: химический или механический. Первый предполагает нанесение специального состава, который удаляет старую краску и ржавчину. Второй включает в себя обработку металлических элементов абразивными инструментами или пескоструйной установкой, что позволяет удалить следы коррозии, остатки краски и другие загрязнения.

После очистки металл необходимо обезжирить с использованием органического растворителя, чтобы полностью устранить любые следы масла и жира. Одновременно с этим проводится обеспыливание поверхности для подготовки к дальнейшему нанесению огнезащиты на металлоконструкции.

После обезжиривания металлическая конструкция обрабатывается первым слоем огнезащитного состава, который служит грунтовкой. Для этого часто используется акрил, который повышает антикоррозийные свойства металла. После полного высыхания данного пласта можно приступать к нанесению специальной краски.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

• цветные металлы;
• чугун;
• нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.