Предел огнестойкости несущих конструкций
При нормировании пожарных требований к несущим элементам зданий и сооружений основным показателем является предел огнестойкости.
Предел огнестойкости конструкции – это показатель сопротивляемости конструкции огню. Предел огнестойкости выражается в количестве минут от начала огневого воздействия (при пожаре или огневом испытании) до момента наступления предельного состояния конструкции.
Для несущих стержневых конструкций (т.е. для балок и колонн) предельным состоянием является потеря несущей способности конструкции. При обозначении предела огнестойкости по критерию потери несущей способности используется буква R и время в минутах, соответствующее времени наступления предельного состояния по потере несущей способности. Про пределы огнестойкости для других видов конструкций можно прочитать здесь.
При испытаниях предельное состояние по потере несущей способности (R) определяется по ГОСТ 30247.1-94 двумя событиями:
- обрушение конструкции;
- возникновение предельных деформаций: прогиб конструкции и скорость нарастания деформаций.
Значения предельных деформаций различны для изгибаемых (горизонтальных) конструкций и вертикальных конструкций. Данные значения приведены в Приложении А ГОСТ 30247.1-94 и составляют:
а) для изгибаемых конструкций (балки):
- критическое (предельное) значение прогиба конструкции – L / 20;
- критическое (предельное) значение скорости нарастания деформации – L2 / (9000h) (см/мин),
где L – длина конструкции (пролет), h – расчетная высота сечения конструкции
б) для вертикальных конструкций (колонны):
- критическое (предельное) значение вертикальной деформации – L / 100;
- скорость нарастания вертикальных деформаций – 10 мм/мин для образцов высотой (3 ± 0,5) м.
Пределы огнестойкости определяются при огневых испытаниях конструкций с приложенной нагрузкой по методике, изложенной в ГОСТ 30247.1-94.
Важным моментом здесь является распространение результатов таких испытаний, которое, строго формально, отсутствует – в ГОСТ 30247.0-94 и ГОСТ 30247.1-94 отсутствуют конкретные механизмы распространения результатов испытаний. Раздел 11 «Оценка результатов испытаний» ГОСТ 30247.0-94 считать таким механизмом распространения результатов испытаний не приходится.
Из этого можно сделать такой общий вывод: чтобы подтвердить пределы огнестойкости всех конструкций здания или сооружения необходимо провести огневые испытания всех типов конструкций (или значительной их части), причем с учетом проектных нагрузок и условий опирания.
Нормирование пределов огнестойкости несущих конструкций
Требования к пределам огнестойкости несущих конструкций зданий и сооружений определяются в первую очередь двумя основными документами:
- Федеральный закон от 22.07.2008 г. № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» (статья 87, таблицы 21 и 23) (далее по тексту – 123-ФЗ);
- Свод правил СП 2.13130.2020 «Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты».
Именно на основании этих документов определяют требуемые пределы огнестойкости при проектировании. Существуют также отдельные СП на конкретные виды объектов (например: СП 156.13130.2014 на автозаправки, СП 135.13130.2012 на вертодромы и др.), но по большей части они ссылаются на СП 2.13130 в части нормирования пределов огнестойкости.
Также стоит упомянуть о том, что на некоторые объекты разрабатывают специальные технические условия (СТУ), в которых «переопределяют» требования к огнестойкости конструкций (хотя и там часто применяют ссылку на СП 2.13130 - иногда весь раздел по огнестойкости конструкций может выглядеть как фраза «Огнестойкость строительных конструкций принимается по СП 2.13130»).
Средства огнезащиты для металлических конструкций
Часто термин «огнезащита металла» вызывает у обывателя недоумение. Зачем защищать металл, если он не горит? Проблема тут совсем в другом – несущие металлоконструкции при пожаре очень быстро теряют свою несущую способность, что приводит к обрушению отдельных конструкций, фрагментов здания или здания целиком.
Как правило, собственный предел огнестойкости наиболее распространенных металлических конструкций составляет не более 15 минут. Это не очень коррелирует с требованиями нормативных документов, в которых для несущих элементов зданий и сооружений часто требуется предел огнестойкости R90, R120 и т.п.
В таких случаях применяют средства огнезащиты – огнезащитные покрытия на основе вспучивающихся составов, огнезащитные обмазки, плиты, маты и пр. Мы не будем подробно останавливаться на средствах огнезащиты. На нашем сайте есть подробная обзорная статья про огнезащиту металла. Остановимся на другом:
Средства огнезащиты подлежат обязательной сертификации:
- на текущий момент – на соответствие требованиям ТР ЕАЭС 043/2017;
- до 2020-го года – на соответствие требованиям 123-ФЗ;
- до 2009-го года – на соответствие требованиям НПБ 236-97.
Причем в период с 2009-го года по настоящий момент применяется ГОСТ Р 53295-2009 «Средства огнезащиты для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности». Межгосударственный стандарт по огнезащите металла пока находится в процессе разработки.
Основная суть сертификационных испытаний огнезащиты металла не меняется уже более 20 лет – в ходе испытаний определяют огнезащитную эффективность – показатель эффективности средства огнезащиты, который характеризуется временем в минутах от начала огневого воздействия до достижения критической температуры 500 °C стандартным образцов стальной колонны с огнезащитным покрытием.
Применяемый ГОСТ Р 53295-2009 не распространяется на определение пределов огнестойкости конструкций с огнезащитой, о чем сказано во введении к этому стандарту. Т.е. применяя сертифицированную огнезащиту для повышения предела огнестойкости конструкции мы не получаем документального подтверждения предела огнестойкости такой конструкции.
Цели и задачи такого подхода понятны – процедура сертификации по ГОСТ Р 53295-2009 представляет собой унифицированную и упрощенную процедуру оценки огнезащитных свойств материалов.
Проект огнезащиты
Обоснование того, что конструкция, обработанная сертифицированным средством огнезащиты с подтвержденной огнезащитной эффективностью (по ГОСТ Р 53295-2009), имеет предел огнестойкости, обычно приводится именно в проекте огнезащиты.
Достаточно долгое время понятие «проект огнезащиты» практически отсутствовало в нормативных документах, но в последнее время вышло достаточно много НД, устанавливающих требования к проекту огнезащиты (например, ГОСТ Р 59637-2021, который содержит даже рекомендуемую форму проекта огнезащиты).
Согласно СП 2.13130, проект огнезащиты – раздел проектной документации и (или) рабочей документации в составе мероприятий по обеспечению пожарной безопасности, содержащий обоснование принятых проектных решений по способам и средствам огнезащиты строительных конструкций для обеспечения их предела огнестойкости, с учетом экспериментальных данных по огнезащитной эффективности средства огнезащиты, а также результатов прочностных и теплотехнических расчетов строительных конструкций с нанесенными средствами огнезащиты.
Основная проблема доказательства предела огнестойкости состоит в том, что на настоящий момент отсутствуют нормативные документы, включенные в перечни стандартов, используемые для применения и исполнения требований 123-ФЗ. При этом сами методики существуют, в том числе в опубликованном виде, но их правовой статус неоднозначен.
Примером такого документа является Стандарт организации СТО АРСС 11251254.001-018-03 «Проектирование огнезащиты несущих стальных конструкций с применением различных типов облицовок. ВНПБ 73-18», разработанный Ассоциацией развития стального строительства.
Уже упомянутый ГОСТ Р 59637-2021 содержит алгоритм определения фактических пределов огнестойкости стальных конструкций по несущей способности:
Но данный стандарт не включен в «доказательную базу» 123-ФЗ и пока его статус также неоднозначен.
В то же время в значительной части проектов огнезащиты вся суть доказательства предела огнестойкости состоит в том, что его приравнивают к огнезащитной эффективности примененного для данной конструкции средства огнезащиты. Стоит заметить, что тот же ГОСТ Р 59637-2021 содержит и вот такое требование в Приложении А:
Допускается принимать критическую температуру стальных элементов равной 500°С (по ГОСТ Р 53295), в случае невозможности определения исходных данных для прочностного расчета, а также при отсутствии необходимости проводить расчет толщины огнезащиты в зависимости от напряженно-деформированного состояния конструкции.
Определение толщины огнезащитного покрытия
Еще одним важным аспектом, на котором стоит остановится, является выбор толщин огнезащитного покрытия для конкретной конструкции. Толщина огнезащитного покрытия определяется следующими исходными данными:
- нормируемым (требуемым) пределом огнестойкости конструкции;
- приведенной толщиной металла.
Выбор толщины покрытия обычно производится на основе имеющихся сертификатов. При этом также следует учитывать весь состав покрытия, включая грунт, финишный слой, армирующие сетки (при их наличии). Применение сертификата, выданного на огнезащитное покрытие с «грунтом А», для обоснования предела огнестойкости конструкции с теми же параметрами огнезащитного покрытия, нанесенного на «грунт Б» - формально недопустимо.
Важной особенностью тут также является наличие п.4.11 ГОСТ Р 53295-2009:
4.11 При научно-техническом обосновании по инициативе заказчика на добровольной основе могут быть проведены дополнительные испытания в соответствии с методом, изложенным в разделе 5, по расширенной программе на образцах колонн различной формы сечения, с различной приведенной толщиной металла. Целью проведения данных испытаний является построение обобщенной зависимости толщины огнезащитного покрытия от приведенной толщины металла для различных значений времени достижения предельного состояния конструкции с конкретным средством огнезащиты. При построении указанных зависимостей допускается применять метод линейной интерполяции для заданного постоянного параметра (приведенная толщина металла, толщина огнезащитного покрытия, время) при наличии не менее трех экспериментально установленных значений двух других параметров. При этом экстраполяция не допускается.
Согласно этому пункту стандарта изготовители, используя данные из сертификатов соответствия и отдельных протоколов испытаний, включают в свою техническую документацию так называемые «интерполяционные таблицы», которые позволяют оптимизировать количество материала.
Библиография
1. Федеральный закон от 22.07.2008 г. № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности».
2. ТР ЕАЭС 043/2017 «О требованиях к средствам обеспечения пожарной безопасности и пожаротушения».
3. ГОСТ Р 53295-2009 «Средства огнезащиты для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности».
4. НПБ 236-97 «Огнезащитные составы для стальных конструкций. Общие требования. Метод определения огнезащитной эффективности».
5. СП 2.13130.2020 «Системы противопожарной защиты. Обеспечение огнестойкости объектов защиты».
6. Стандарт организации СТО АРСС 11251254.001-018-03 «Проектирование огнезащиты несущих стальных конструкций с применением различных типов облицовок. ВНПБ 73-18»
7. ГОСТ Р 59637-2021 «Средства противопожарной защиты зданий и сооружений. Средства огнезащиты. Методы контроля качества огнезащитных работ при монтаже (нанесении), техническом обслуживании и ремонте»
