Методы огнезащиты металлических конструкций зданий

Препринт статьи



В статье автор рассматривает различные методы выполнения огнезащиты металлических конструкций зданий.

Ключевые слова: конструкция, огнезащита, здание, материал.

Здания, выполненные с применением металлических конструкций выступают индикатором технологического прогресса и инженерных достижений и представляют собой объекты повышенной сложности, требующие специализированного подхода к обеспечению безопасности. В Российской Федерации ежегодно регистрируется в среднем свыше 250 тыс. пожаров, сопровождающихся материальным ущербом порядка 44 млрд рублей, гибелью более 18 тыс. человек и значительным количеством пострадавших. Ключевыми факторами возникновения потерь выступают обрушение строительных конструкций, термическое воздействие и эмиссия токсичных газов в процессе горения стройматериалов. Примечательно, что металл сохраняет статус одного из наиболее распространенных материалов в строительной индустрии.

К числу эксплуатационных преимуществ металлоконструкций относятся: высокая несущая способность, эксплуатационная надежность, малый удельный вес и удобство логистики. Однако низкие показатели огнестойкости данных конструкций формируют существенные риски. Экспериментально установлено, что при достижении температурного порога в 400°С в стальных элементах наблюдаются необратимые пластические деформации. В условиях пожара, когда температурные воздействия многократно превышают указанный уровень, происходит критическое снижение несущего потенциала конструкций, создающее предпосылки для их разрушения.

Одним из ключевых аспектов обеспечения безопасности высотных зданий является их огнезащита.

Огнезащита строительных конструкций — это комплекс мероприятий, направленных на повышение устойчивости зданий к воздействию огня, предотвращение распространения пожара и обеспечение безопасности людей. В условиях современных мегаполисов, где высотные здания становятся все более распространенными, вопросы огнезащиты приобретают особую актуальность.

Современные мегаполисы активно наращивают плотность застройки, что приводит к увеличению количества высотных зданий, где традиционные системы пожарной безопасности сталкиваются с новыми вызовами. Высокая концентрация людей, сложность вертикальной эвакуации, а также использование легких композитных материалов, снижающих общий вес конструкций, но повышающих горючесть, создают условия для быстрого распространения огня. Эти факторы требуют принципиально новых решений в области огнезащиты, способных обеспечить не только устойчивость несущих элементов при экстремальных температурах, но и минимизировать выделение токсичных веществ, опасных для жизни и окружающей среды.

Новизна исследований в этой области заключается в интеграции «умных» технологий с традиционными огнезащитными методами. Например, разработка многофункциональных покрытий, сочетающих огнестойкость с теплоизоляционными свойствами, или внедрение датчиков, отслеживающих деформации конструкций в режиме реального времени, позволяют прогнозировать поведение здания при пожаре. Особое внимание уделяется адаптации решений для уникальных архитектурных форм — криволинейных фасадов, трансформируемых элементов и высотных атриумов, где стандартные подходы часто неэффективны. Такие инновации не только повышают безопасность, но и сокращают затраты на обслуживание, делая высотное строительство более устойчивым.

Актуальность темы подчеркивается и глобальными изменениями климата, увеличивающими частоту экстремальных погодных явлений, которые косвенно влияют на риски возгораний. Например, перегрев фасадных систем из-за аномальной жары или короткие замыкания во время наводнений могут стать триггерами катастроф. В этом контексте огнезащита становится элементом комплексной стратегии устойчивого развития городов, где безопасность людей, сохранение инфраструктуры и минимизация углеродного следа взаимосвязаны. Результаты таких исследований формируют основу для международных стандартов, задавая вектор развития строительной отрасли на десятилетия вперед.

В строительной практике наиболее распространёнными способами защиты стальных конструкций от огня является использование теплозащитных и теплопоглощающих экранов, облицовка несгораемым строительным материалом, нанесение растворов, содержащих эффективные теплоизоляционные материалы, покраска составами, вспучивающимися под воздействием высоких температур [1,2].

Огнезащита металлических конструкций при помощи облицовочных материалов

Огнезащитное действие экранов (рисунок 1) основывается либо на их высокой сопротивляемости тепловым воздействиям при пожаре, сохранением в течение заданного времени теплофизических характеристик при высоких температурах, либо на их способности претерпевать структурные изменения при тепловых воздействиях с образованием коксоподобных пористых структур, для которых характерна высокая изолирующая способность.

Рис. 1. Огнезащита металлических конструкций про помощи облицовочных материалов

В качестве облицовочного материала чаще всего применяют кирпичную или бетонную облицовку, если речь идет о повышении предела огнестойкости стальных конструкций до двух часов и более.

Огнезащита металлических конструкций из толстослойных огнезащитных обмазок и составов

Есть несколько типов таких материалов, одни расширяются при нагреве и уменьшают теплопроводность, а другие работают без вспучивания. Они обеспечивают изоляцию от высокой температуры за счет сочетания низкой теплопроводности и достаточной толщины изоляционного слоя. Пример обмазочной огнезащиты на рисунке 2.

Рис. 2. Огнезащита металлических конструкций при помощи огнезащитных красок

Огнезащита металлических конструкций при помощи огнезащитных красок

Тонкослойные вспучивающиеся огнезащитные краски (рисунок 3) обеспечивают защиту металлических конструкций от огня за счет расширения от нагрева. При этом вокруг металла создается толстое покрытие из кокса, имеющего маленькую теплопроводность и высокую огнестойкость. Это обеспечивает необходимое время защиты металла от высоких температур.

Рис. 3. Тонкослойные вспучивающиеся огнезащитные краски

Огнезащита металлических конструкций обетонированием

Обетонирование (рисунок 4) стальных колонн делает их устойчивее к атмосферным воздействиям и влияниям температур. Для обеспечения сцепления бетона используются проволочные хомуты и арматурные сетки.

Средняя толщина бетонной облицовки составляет 40 миллиметров. С помощью облицовок из бетона обеспечивается предел огнестойкости до 2.5 часов. При прямоугольном замоноличивании колонн для облегчения рекомендуется заполнение легкими материалами, например, газобетоном.

Рис. 4. Обетонирование металлических конструкций (1 — с использованием хомута, 2- с использованием арматурной сетки)

Огнезащита металлических конструкций при помощи наполнения водой

Наполнение полых конструкций водой постоянным или аварийным, естественной или принудительной циркуляцией. Этот способ повышения огнестойкости используется в основном для защиты уникальных зданий (например — Центр Помпиду, Париж, Франция). Вода имеет большие значения теплоемкости. Поэтому циркуляция воды внутри металлических конструкций при пожаре обеспечивает интенсивный теплосъем с поверхности металлических конструкций и значительное замедление их прогрева до критических температур.

Орошение металлических конструкций распыленной и тонкораспыленной водой

Данный способ огнезащиты металлических конструкций основан на охлаждении металлических поверхностей конструкций, нагревающихся в результате воздействия высоконагретых восходящих конвективных потоков, образующихся во время пожара. Распыленная вода также достаточно хорошо экранируют металлические поверхности от лучистых тепловых потоков, распространяющихся из пламенной зоны горения.

Литература:

1. Огнезащита строительных конструкций // Бюллетень строительной техники. 2010. № 3. С. 38–41.
2. Бессмертный В. С., Ильина И. А., Соколова О. Н. Получение защитно-декоративных покрытий на стеновых строительных материалах автоклавного твердения // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. 2012. № 3. С.155–157.