Розрахунок товщини вогнезахисту металоконструкцій

Товщину вогнезахисного покриття для сталевої конструкції не можна коректно вибрати лише за принципом «потрібно R60» або «нанесемо 1 мм фарби». Для розрахунку необхідно щонайменше знати необхідний клас вогнестійкості конструкції, геометрію та умови обігріву профілю, його приведену товщину або коефіцієнт перерізу, а також критичну температуру сталі. І лише після цього потрібну товщину сухого шару визначають за даними, підтвердженими для конкретної вогнезахисної системи.

Від чого залежить товщина вогнезахисного покриття

Завдання вогнезахисту сталевої конструкції — сповільнити її нагрівання під час пожежі настільки, щоб протягом заданого часу температура металу не досягла стану, за якого елемент уже не здатний виконувати передбачену проєктом несучу функцію.

Тому необхідна товщина вогнезахисного шару є не довільною характеристикою матеріалу, а результатом поєднання кількох параметрів.

Що означає R30, R60, R90 і R120

Для несучих конструкцій літера R пов'язана з критерієм несучої здатності під час вогневого впливу. Позначення R30, R60 або R90 означає, що від конструкції вимагається збереження відповідного критерію протягом визначеного часу стандартного вогневого впливу.

Наприклад:

• R30 — вимога до несучої здатності протягом 30 хвилин;
• R60 — 60 хвилин;
• R90 — 90 хвилин;
• R120 — 120 хвилин.

Але R60 не є характеристикою банки фарби. Це вимога до конкретної будівельної конструкції. Вогнезахисний матеріал є одним із засобів, який дозволяє забезпечити необхідний результат за умови правильного проєктування та нанесення.

Необхідне значення R має визначатися проєктними рішеннями та нормативними вимогами до конкретного об'єкта. Його не слід самостійно збільшувати або зменшувати лише з міркувань вартості матеріалу.

Що таке приведена товщина металу

Приведена товщина металу — це розрахункова геометрична характеристика сталевого елемента, яка дозволяє оцінити співвідношення його масивності до площі поверхні, через яку конструкція отримує тепло.

У спрощеному вигляді її можна представити як:

Якщо площу перерізу брати у см², а периметр — у см, результат отримаємо у сантиметрах. Для переведення в міліметри значення потрібно помножити на 10.

Фізичний зміст показника простий: чим більше металу припадає на одиницю поверхні, що нагрівається, тим повільніше за інших однакових умов прогрівається конструкція.

Саме тому тонкостінний профіль і масивна колона можуть потребувати різної товщини одного й того самого вогнезахисного покриття навіть за однакового класу R.

Чому не можна використовувати тільки масу профілю

Два елементи можуть мати близьку масу одного погонного метра, але різну конфігурацію поверхні. Для пожежного розрахунку важливо не лише те, скільки сталі містить елемент, а й яка частина його поверхні безпосередньо піддається нагріванню.

Саме тому при визначенні приведеної товщини враховують обігріваний периметр.

Коефіцієнт перерізу A_m/V: інший спосіб описати ту саму проблему

У документації на системи вогнезахисту замість приведеної товщини часто використовується коефіцієнт перерізу, або section factor, який може позначатися як A_m/V, A_p/V чи іншим близьким позначенням залежно від документа та прийнятої методики.

У загальному випадку він характеризує відношення обігріваного периметра до об'єму сталі на одиницю довжини:

За однаково визначеного обігріваного периметра коефіцієнт перерізу є оберненим до приведеної товщини:

Am/V ≈ 1000 / δпр, якщо δпр задана в міліметрах.

Наприклад, для приведеної товщини 4 мм орієнтовний коефіцієнт перерізу становитиме:

1000 / 4 = 250 м-1

Чим більший A_m/V, тим більша площа поверхні припадає на одиницю об'єму сталі та тим швидше, за інших однакових умов, може прогріватися елемент.

Що таке критична температура сталі

Критична температура — це не температура плавлення сталі і не універсальна величина для всіх металоконструкцій.

У розрахунку вогнестійкості під критичною розуміють температуру, за якої знижена внаслідок нагрівання несуча здатність конкретного сталевого елемента стає граничною для розрахункової пожежної ситуації.

На неї впливають, зокрема:

• тип елемента — балка, колона, зв'язок тощо;
• характер навантаження;
• рівень використання несучої здатності;
• марка та механічні характеристики сталі;
• схема роботи конструкції;
• стійкість елемента;
• умови закріплення;
• прийнята розрахункова модель.

Тому поширене припущення «критична температура сталі завжди 500 °C» є некоректним. Для різних конструкцій розрахункова критична температура може відрізнятися, а її значення має надходити з розрахунку вогнестійкості або з проєктної документації.

Чому критична температура впливає на товщину покриття

Уявімо дві однакові балки з однаковим коефіцієнтом перерізу та вимогою R60. Для першої конструкції розрахунок допускає нагрівання сталі до умовних 600 °C, а для другої через вищий рівень навантаження — лише до 500 °C.

У другому випадку вогнезахисне покриття повинно сильніше обмежувати нагрівання сталі протягом тих самих 60 хвилин. Тому необхідна товщина шару може бути більшою.

Як визначають товщину вогнезахисту: покроковий алгоритм

Практичний розрахунок зручно розділити на сім етапів.

Крок 1. Визначити необхідний клас вогнестійкості

З проєкту отримують вимогу до конкретної конструкції: наприклад R30, R60, R90 або інше значення.

Якщо клас R ще не визначений, починати підбір товщини фарби передчасно.

Крок 2. Ідентифікувати кожен тип сталевого профілю

Потрібно знати точний переріз:

• двотавр;
• швелер;
• кутник;
• квадратна або прямокутна труба;
• кругла труба;
• зварний профіль;
• нестандартний складений переріз.

Для сортаментного профілю площу поперечного перерізу зазвичай беруть із технічних таблиць. Для зварного або нестандартного елемента її необхідно визначити за геометрією.

Крок 3. Визначити схему обігріву

Необхідно встановити, яка частина поверхні реально піддається вогневому впливу.

Наприклад, балка під залізобетонним перекриттям може розглядатися інакше, ніж окремо розташована колона, відкрита з усіх сторін.

Крок 4. Розрахувати приведену товщину або A_m/V

На цьому етапі визначається геометрична «масивність» профілю щодо поверхні нагрівання.

δпр = A / P

або

Am/V = P / A

Крок 5. Визначити критичну температуру

Це задача розрахунку сталевої конструкції у пожежній ситуації. Значення не варто призначати довільно або копіювати з іншого об'єкта.

Крок 6. Обрати вогнезахисну систему

Після визначення вихідних параметрів можна переходити до конкретної системи. У каталозі Antifire представлені матеріали для вогнезахисту металоконструкцій, а окремо можна переглянути вогнезахисні фарби.

Важливо перевірити, чи охоплює документація обраної системи:

• потрібний діапазон R;
• розрахований коефіцієнт перерізу;
• необхідну критичну температуру;
• тип профілю;
• схему обігріву;
• умови експлуатації;
• передбачений тип ґрунтовки та, за необхідності, фінішного покриття.

Крок 7. Визначити товщину за підтвердженими даними конкретної системи

Саме на цьому етапі отримують необхідну товщину сухого вогнезахисного шару. Значення беруть не з універсальної таблиці з інтернету, а з документації, яка підтверджує характеристики конкретного вогнезахисного матеріалу або системи.

Приклад розрахунку приведеної товщини металу

Розглянемо умовний приклад, щоб показати сам принцип. Це не готовий проєктний розрахунок і не рекомендація щодо конкретної товщини фарби.

Маємо сталевий профіль:

• площа поперечного перерізу A = 64 см²;
• розрахунковий обігріваний периметр P = 160 см;
• необхідний клас — умовно R90;
• критична температура за розрахунком — умовно 550 °C.

1. Розраховуємо приведену товщину

δпр = 64 / 160 = 0,4 см

Переводимо у міліметри:

0,4 × 10 = 4 мм

Отже, приведена товщина профілю в цьому умовному прикладі становить 4 мм.

2. Визначаємо коефіцієнт перерізу

Якщо використовується документація, у якій параметр задається в м^-1:

Am/V ≈ 1000 / 4 = 250 м-1

3. Формуємо набір вихідних параметрів

Далі за технічною документацією обраного засобу знаходять значення товщини сухого шару, яке підтверджене саме для відповідної комбінації параметрів.

Як користуватися таблицями вогнезахисної системи

У технічній документації на вогнезахисні покриття для сталі зазвичай наводяться таблиці або розрахункові дані, за якими визначається необхідний сухий шар.

Логіка пошуку виглядає приблизно так:

R → критична температура → A_m/V або приведена товщина → товщина сухого шару.

Необхідно перевірити, що потрібна комбінація параметрів знаходиться в межах області застосування конкретної системи.

Якщо розрахований коефіцієнт перерізу або критична температура виходять за підтверджений діапазон, не слід просто брати найближче табличне значення і самостійно виконувати екстраполяцію.

Сухий шар і мокрий шар — не одне й те саме

Окремо потрібно розрізняти:

• товщину сухого шару — DFT, яку потрібно отримати після висихання;
• товщину мокрого шару — WFT під час нанесення;
• витрату матеріалу у кг/м².

Ці величини пов'язані між собою, але не є взаємозамінними. Перерахунок залежить від характеристик конкретного продукту, вмісту нелетких речовин, щільності та технології нанесення.

Які дані потрібно передати для підбору вогнезахисту

Щоб постачальник або проєктувальник міг коректно підібрати матеріал і розрахувати його кількість, недостатньо запиту «потрібна фарба R90 на 1000 м²».

Бажано підготувати:

Якщо частини цих даних немає, доцільно спочатку виконати проєктування вогнезахисту, а вже потім формувати остаточну специфікацію матеріалів.

7 типових помилок під час розрахунку товщини вогнезахисту

1. Вибирати товщину тільки за R

R60 — недостатньо для розрахунку. Два профілі R60 можуть мати різні A_m/V та критичні температури.

2. Призначати одну товщину на весь об'єкт

Якщо в будівлі десятки типорозмірів балок, колон і зв'язків, економічно та технічно правильніше групувати їх за розрахунковими параметрами. Найменш масивний профіль не завжди повинен автоматично визначати товщину для всіх інших конструкцій.

3. Не враховувати кількість обігріваних сторін

Однаковий профіль може мати різний обігріваний периметр залежно від розташування у будівлі.

4. Приймати 500 °C як універсальну критичну температуру

Критична температура пов'язана з реальною роботою та навантаженням елемента. Її слід отримувати з розрахунку, а не призначати за звичкою.

5. Використовувати таблицю іншого продукту

Товщина, підтверджена для одного вогнезахисного засобу, не переноситься автоматично на іншу фарбу або штукатурну систему.

6. Плутати товщину сухого шару з витратою

Кілограми матеріалу та міліметри DFT — різні контрольовані параметри.

7. Не перевіряти ґрунтовку та фінішний шар

Вогнезахисна фарба працює як система. Несумісний ґрунт, порушення підготовки поверхні або непередбачене фінішне покриття можуть створити проблеми з адгезією та експлуатаційною придатністю.

Розрахунок товщини та нормативні вимоги

В Україні роботи з вогнезахисту виконують не лише за інструкцією на упаковці матеріалу. Загальні організаційні вимоги встановлюють Правила з вогнезахисту, затверджені наказом МВС України №1064.

Зокрема, для конкретного вогнезахисного засобу має існувати Регламент робіт, у якому визначаються сфера застосування, показники вогнезахисної ефективності, умови нанесення, питомі витрати, кількість шарів, товщина, способи контролю та інші параметри.

Розрахунок сталевих конструкцій у пожежній ситуації є окремою інженерною задачею. Під час проєктування враховують вимоги чинної нормативної документації щодо пожежної безпеки та розрахунку сталевих конструкцій на вогнестійкість.

Чому правильний розрахунок може зменшити витрату матеріалу

Іноді в специфікації для всіх конструкцій задають одну — максимальну — товщину покриття. Такий підхід здається безпечним, але може суттєво збільшувати витрати матеріалу та вартість робіт.

Коректне групування профілів за:

• класом R;
• приведеною товщиною;
• критичною температурою;
• умовами обігріву;

дозволяє визначати необхідний шар для різних груп конструкцій окремо та уникати необґрунтованого перевитрачання вогнезахисного матеріалу.

Водночас оптимізація не означає зменшення товщини «на око». Кожне значення повинно залишатися в межах підтверджених характеристик застосованої системи.

Поширені запитання

Чи можна визначити товщину вогнезахисної фарби тільки за R60 або R90?

Ні. Крім необхідного часу вогнестійкості, потрібно врахувати щонайменше геометрію профілю, приведену товщину або коефіцієнт перерізу, критичну температуру, схему обігріву та характеристики конкретної вогнезахисної системи.

Що важливіше: приведена товщина чи коефіцієнт перерізу?

Це два способи опису геометричної масивності профілю відносно поверхні нагрівання. У документації конкретної системи потрібно використовувати саме той параметр і ту методику його визначення, для яких наведені підтверджені дані.

Чим більша приведена товщина, тим менше потрібно вогнезахисту?

За інших однакових умов масивніший профіль нагрівається повільніше. Але остаточну товщину не можна визначати лише за одним цим параметром — необхідно також враховувати R, критичну температуру та область застосування системи.

Чи можна прийняти критичну температуру 500 °C для всіх металоконструкцій?

Ні. Критична температура залежить від роботи та рівня навантаження конкретного конструктивного елемента і має визначатися розрахунком або проєктною документацією.

Чи однакова товщина потрібна для балки та колони з одним профілем?

Не обов'язково. Навіть за однакового профілю можуть відрізнятися клас R, навантаження, критична температура та кількість обігріваних сторін.

Що робити, якщо в таблиці виробника немає мого коефіцієнта перерізу?

Не варто самостійно екстраполювати значення за межі підтвердженого діапазону. Потрібно перевірити правила інтерполяції та область застосування, зазначені в документації конкретної системи, або підібрати інше технічне рішення.

Чи можна розрахувати кількість фарби одразу після визначення товщини?

Після визначення необхідної товщини сухого шару потрібно використати питомі витрати та правила перерахунку, встановлені виробником конкретного засобу, а також врахувати технологічні втрати відповідно до проєкту та технології нанесення.

Посилання за темою статті

Бренд:

Категорія: Вогнезахист металоконструкцій

Товари за темою публікації:

Емаль ХП-799 біла / срібляста

Ціна за
запитом

Замовити

Емаль ХП-799 призначена для захисту від корозії будівельних конструкцій, що здатна до утворення тріщин і деформації, захисту від ...

Лак ХП-734 Ендотерм

3 450 ₴

Замовити

Лак ХП-734 призначений для захисту від корозії будівельних конструкцій, що здатні до утворення тріщин і деформації, захисту від ді...

Вогнезахисна фарба Ammokote MS-90 на органічному розчиннику

Ціна за
запитом

Замовити

Призначена для утворення вогнезахисного покриття, яке під дією високих температур спучується та, утворюючи теплоізоляційний шар, з...

Вогнезахисна суміш Ендотерм 400202, 25 кг

285 ₴

Замовити

Ендотерм 400202 це суміш антипіренів, коксо- та газоутворювачів, пігментів, наповнювачів у розчині сополімеру в сольвенті. Признач...