Предел огнестойкости строительных материалов

Огнестойкость строительных конструкций

Пределы огнестойкости строительных конструкций

Предел огнестойкости строительной конструкции — показатель сопротивляемости конструкции огню. Определяется по результатам огневого испытания и представляет собой время (в минутах) до появления одного или нескольких признаков предельных состояний по огнестойкости:

  • потеря несущей способности конструкции или ее узлов (R) — характеризуется обрушением конструкции или возникновением критических деформаций, недопустимых для ее дальнейшей эксплуатации
  • потеря теплоизолирующей (ограждающей) способности (I) — характеризуется повышением температуры на необогреваемой поверхности конструкции до предельных значений
  • потеря целостности конструкции (E) — проявляется в образовании сквозных трещин или отверстий, через которые на необогреваемую поверхность проникают продукты горения или открытое пламя

Примеры обозначений предела огнестойкости конструкций

  • R 45 — предел огнестойкости 45 мин по потере R
  • RE 60 — предел огнестойкости 60 мин по потере R и Е независимо от того, какое из двух предельных состояний наступит ранее
  • REI 90 — предел огнестойкости 90 мин по потере R, Е и I в независимости от того, какое из трех предельных состояний наступит ранее

Цифровой показатель в обозначении предела огнестойкости строительной конструкции должен соответствовать одному из следующих значений: 15, 30, 45, 60, 90, 120, 150, 180, 240, 360.

Повышение пределов огнестойкости достигается методами огнезащиты.

Различают фактический и требуемый пределы огнестойкости:

  • требуемая огнестойкость — это тот минимальный предел огнестойкости, которым должна обладать строительная конструкция, чтобы удовлетворять требованиям пожарной безопасности. Устанавливается в соответствии с ведомственным или отраслевым нормами проектирования.
  • фактический предел огнестойкости — определяется на основе огневых испытаний или расчетным путем

Огнезащитная эффективность средств огнезащиты металлических конструкций

Огнезащитная эффективность — это сравнительный показатель средства огнезащиты, который характеризуется временем в минутах от начала огневого испытания до достижения критической температуры 500 °С стандартного образца стальной конструкции с огнезащитным покрытием.

Группа огнезащитной эффективности устанавливается по результатам испытаний в соответствии с методикой ГОСТ 53295. При этом стальная колонна двутаврового сечения №20 (или профиля №20Б) высотой 1,7 м или стальная пластина с размерами 600 × 600 × 5 мм обрабатываются огнезащитным составом в соответствии с технологией его применения и испытываются на установке для определения огнестойкости в соответствии с ГОСТ 30247.0. На поверхности образца в трех местах устанавливаются термопары для контроля температуры. При этом фиксируется время, в течение которого поверхность металлоконструкции достигла критической температуры 500 °С.

Группа огнезащитной эффективности определяется по времени достижения металлической конструкцией критической температуры.

Группы огнезащитной эффективности средств обработки стальных конструкций

  • 1 группа — не менее 150 мин
  • 2 группа — не менее 120 мин
  • 3 группа — не менее 90 мин
  • 4 группа — не менее 60 мин
  • 5 группа — не менее 45 мин
  • 6 группа — не менее 30 мин
  • 7 группа — не менее 15 мин

Группа огнезащитной эффективности для данного средства огнезащиты зависит от многих факторов, в том числе от толщины покрытия и приведенной толщины металлоконструкции.

Приведенная толщина — это отношение площади поперечного сечения металлической конструкции к периметру обогреваемой поверхности.

Огнезащитная эффективность средств защиты древесины

Огнезащитная эффективность составов для обработки деревянных конструкций характеризуется потерей массы обработанного составом образца древесины при огневом испытании.

Группы огнезащитной эффективности средств обработки деревянных конструкций

  • 1 группа — состав обеспечивает получение трудносгораемой древесины (потеря массы образца при огневом испытании составляет не более 9%)
  • 2 группа — состав обеспечивает получение трудновоспламеняемой древесины (потеря массы опытного образца при огневом испытании должна составлять не более 25%)
  • 3 группа — огнезащитный состав не обеспечивает огнезащиту древесины (потеря массы образца составляет более 25%)

Определение огнестойкости строительных конструкций

Огнестойкостью называют важный эксплуатационный показатель сооружений, материалов и конструкций, означающий способность сопротивляться воздействию огня и высоких температур. Данная характеристика в обязательном порядке определяется при проектировании зданий. Она показывает степень безопасности несущих элементов, их способность сохранять свои характеристики при возгорании.

Пределом огнестойкости называется максимальный временной промежуток воздействия на конструкцию пламени или высокой температуры, после завершения которого возникают признаки предельного состояния объекта. Данные о пределе огнестойкости всегда фиксируются в названии материала. Такая характеристика измеряется в минутах.

Среди главных свойств, характерных для наступления предельного состояния элемента, стоит отметить:

  • Потерю теплоизолирующей способности
  • Утрату целостности
  • Нарушение несущей конструкции

Обозначение предела огнестойкости

Существует ряд условных обозначений, регламентированных отечественным законодательством. Устанавливается, что при огнезащите класса EI объект способен выдержать температуру до 180 градусов с обратной холодной стороны, которая не взаимодействует с открытым пламенем.

Пределы огнестойкости строительных конструкций обозначаются следующими показателями:

  • Потеря целостности – Е
  • Утрата несущей способности – R
  • Максимальный уровень плотности теплового потока на расстоянии от необогреваемой части изделия – W
  • Потеря теплоизолирующей способности ввиду роста температурного режима необогреваемого элемента объекта до предельных значений – I
  • Дымогазонепроницаемость конструкции – S

При расчете степени устойчивости к воздействию огня учитываются следующие факторы:

  • Наличие слоев. Материалы, имеющие несколько слоев, отличаются улучшенными теплоизоляционными параметрами
  • Воздушные прослойки. Изделия с наличием такого компонента в составе имеют уровень огнестойкости на 10% выше по сравнению с аналогичными товарами, без прослойки
  • Направление теплового потока. Этот фактор принимают во внимание при расположении защитных слоев

Зачем определять огнестойкость строительных конструкций

Получая данные об огнестойкости материалов, специалисты могут рассчитать:/

  • Характеристики инженерных коммуникаций (водопровод, электропроводка, газоснабжение)
  • Мощность и тип систем пожарной безопасности, включая устройства аварийного освещения, дымоудаления, сигнализации, пожаротушения

Какие материалы проверяют на огнестойкость

Анализу подлежат строительные конструкции, включая чердачные и бесчердачные покрытия, лестничные клетки, фермы, балки, прогоны, настилы, наружные несущие, ненесущие и внутренние стены, междуэтажные перекрытия.

Огнестойкость дерева

Дерево – горючий материал. Пределы его огнестойкости определяются в зависимости от периода воздействия пламени, времени от начала пожара до воспламенения.

Удаление влаги из древесины происходит при нагревании до 110 °С. Такое воздействие приводит к выделению газообразных продуктов термической деструкции. Повышение температуры нагреваемой поверхности до 150 °С вызывает пожелтение, повышение выделения летучих веществ. При 150-250 °С дерево обугливается и становится коричневым. После достижения 250-300 °С материал разлагается. Самовоспламенение древесины происходит на отметке 350-450 °С.

Традиционными способами поднять уровень огнестойкости являются:

  • Нанесение штукатурки толщиной 2 см
  • Окрашивание поверхности вспучивающимися и не вспучивающимися составами
  • Пропитка антипиренами

Пределы огнестойкости железобетонных конструкций

Огнестойкость железобетонных конструкций определяется с учетом:

  • Уровня эксплуатационных нагрузок
  • Типа арматуры
  • Конструкции, геометрических параметров
  • Толщины защитных слоев бетона
  • Вида и категории влажности бетона

Предел огнестойкости железобетонных изделий при возникновении возгорания возникает как следствие:

  • Уменьшения степени прочности при нагревании поверхности
  • Теплового расширения и начала температурной деформации арматуры
  • Появления сквозных отверстий, трещин в сечениях
  • Потери теплоизолирующей способности

Наибольшую чувствительность к тепловому воздействию проявляют изгибаемые железобетонные конструкции, например, прогоны, балки, плиты и ригели. Такие элементы защищены от пожара достаточно тонким слоем бетона. В результате попадания под огонь арматура быстро приобретает критическую температуру и разрушается.

Негорючие материалы

Эксперты выделяют категорию негорючих материалов, среди них:

  • Изделия для строительства стен (дерево, металлы, кирпич, бетон)
  • Теплоизоляционные материалы (пенопласт, минеральная вата, войлок, пено- и газобетон)
  • Кровельные и гидроизоляционные изделия (черепица, асбестоцементные листы, кровельная сталь, шифер, бризол, пороизол, рубероид)
  • Отделка и облицовка (каменные плиты, пластик, линолеум, керамика)
  • Вяжущие материалы (гипс, известь, цемент)

Степени огнестойкости

Согласно действующему законодательству материалы делятся на следующие степени огнестойкости:

  • Железобетонные плиты – 1 категория
  • Металлические конструкции в стропильных системах без специальной огнезащиты – 2 категория
  • Древесина для перекрытий и стропильных систем с защитой из штукатурки, антипирена – 3 категория. Степень 3а и 3б включает в себя здание каркасного типа. Изделия категории 3а — незащищенные металлические конструкции. Продукция категории 3б – дерева и клееный брус с антипиреновыми пропитками и дополнительной огнезащитой
  • Постройки из массива древесины или клееного бруса с обработкой штукатуркой, грунтовкой антипиренами — 4 категория. Степень 4a — одноэтажные каркасные металлические сооружения, покрытые горючими теплоизоляционными материалами
  • Здания, к которым не предъявляются требования по пределу огнестойкости, — 5 категория

Показатели огнестойкости

Показатели огнестойкости выявляются после огневых испытаний. Одним из ключевых критериев оценки служит потеря целостности конструкции.

При исследовании материалов специалисты проводят следующие работы:

  • Оценка теплоизолирующей способности. Изучаются характеристики слоистых ограждающих конструкций, элементов с воздушной прослойкой, с несимметричным расположением слоев. Определяется скорость увеличения влажности, прогрева, разрушения материала
  • Анализ несущей способности объектов разной толщины и размеров при увеличении нагрузки

Испытания на огнестойкость

Проведение испытаний подразумевает определение следующих важных значений:

  • Время наступления предельных состояний и их характеристики
  • Температура необогреваемой поверхности конструкции
  • Степень деформации несущих элементов
  • Избыточное давление
  • Момент появления пламени необогреваемой поверхности
  • Время возникновения дыма, трещин, отверстий, отслоений, их характер и размеры
  • Предельные состояния (потеря несущей способности, целостности, теплоизолирующих свойств)

Способы увеличения предела огнестойкости

Повысить огнестойкость можно посредством:

  • Облицовки несгораемыми материалами (глиняным кирпичом)
  • Нанесения специальных огнезащитных покрытий, включая обмазки и краски с термореактивным эффектом
  • Наполнения полых элементов водой. Применение водяных завес подразумевает циркуляцию жидкости во внутренних полостях изделия
  • Установки защитных экранов. Подвесные потолки часто закрывают несгораемыми плитами. Применяется листовые панели и сайдинг
  • Прессования древесины для повышения плотности и прочности материала

Предел огнестойкости строительных конструкций

Огнестойкость строительных конструкций определяется их пределом огнестойкости, который устанавливается по времени (в минутах) наступления одного или последовательно нескольких, нормируемых для данной конструкции признаков предельных состояний (REI):

  • потери несущей способности (R);
  • потери целостности (Е);
  • потери теплоизолирующей способности (I).

Пределы огнестойкости строительных конструкций и их условные обозначения устанавливают по ГОСТ 30247.

При этом предел огнестойкости окон устанавливается только по времени наступления потери целостности (Е).

Здания и пожарные отсеки подразделяются по степеням огнестойкости согласно таблице. К несущим элементам здания, как правило, относятся несущие стены и колонны, связи, диафрагмы жесткости, элементы перекрытий (балки, ригели или плиты), если они участвуют в обеспечении общей устойчивости и геометрической неизменяемости здания при пожаре. Сведения о несущих конструкциях, не участвующих в обеспечении общей устойчивости здания, приводятся проектной организацией в технической документации на здание.

Классификация степеней огнестойкости зданий (таблица)

Степень огнестойкости здания

Предел огнестойкости строительных конструкций, не менее

Несущие элементы здания

Наружные ненесущие стены

Перекрытия междуэтажные(в том числе чердачные и над подвалами)

Элементы бесчердачных покрытий Лестничные клетки
Настилы (в т.ч. с утеплителем) Фермы, балки, прогоны Внутренние стены Марши и площадки лестниц
I R 120 Е 30 RЕI 60 RЕ 30 R 30 RЕI 120 R 60
II R 90 Е 15 RЕI 45 RЕ 15 R 15 RЕI 90 R 60
III R 45 Е 15 RЕI 45 RЕ 15 R 15 RЕI 60 R 45
IV R 45 E 15 RЕI 15 RЕ 15 R 15 RЕI 45 R 15
V Не нормируется

Пределы огнестойкости заполнения проемов (дверей, ворот, окон и люков, а также фонарей, в том числе зенитных и других светопрозрачных участков настилов покрытий) не нормируются, за исключением специально оговоренных случаев и заполнения проемов в противопожарных преградах.

В случаях когда минимальный требуемый предел огнестойкости конструкции указан R 15 (RE 15, REI 15), допускается применять незащищенные стальные конструкции независимо от их фактического предела огнестойкости, за исключением случаев, когда предел огнестойкости несущих элементов здания по результатам испытаний составляет менее R 8. (п.5.18*).

Отметим предел огнестойкости металлических незащищенных колон, балок ферм и остеклений – 15 минут.

Необходимо обратить внимание на то, что кроме приведенной выше классификации степеней огнестойкости вновь строящихся зданий в настоящее время действует и классификация степеней огнестойкости зданий регламентированная СНиП 2.01.02-85*, которая пока сохраняет еще три вида промежуточных степеней огнестойкости зданий IIIа, IIIб, IYа.

  • Степень огнестойкости IIIа — здания с каркасной конструктивной схемой из стальных незащищенных конструкций. Ограждающие конструкции из стальных листов или других негорючих материалов с трудногорючим утеплителем.
  • Степень огнестойкости IIIб – здания с каркасной конструктивной схемой, преимущественно одноэтажные. Элементы каркаса из цельной или клееной древесины с огнезащитной обработкой, обеспечивающей требуемый предел распространения огня.
  • Степень огнестойкости IYа – здания с каркасной конструктивной схемой, преимущественно одноэтажные. Элементы каркаса из стальных незащищенных конструкций. Ограждающие конструкции из негорючих листовых материалов с горючим утеплителем.

Следует отметить, что при выпуске СНиП 2.01.02-85* взамен СНиП II-А. 5-70 был увеличен нормативно требуемый предел огнестойкости для колонн в зданиях II степени огнестойкости для зданий категорий Г и В.

То есть в многоэтажных зданиях категории Г (главные корпуса ТЭЦ, котельные и т.п.), а также в одноэтажных зданиях категории В (ЗРУ и т.п.), введенных в эксплуатацию в соответствии с СНиП II-А. 5-70 до 1986 года, нормативно допускались металлические не защищенные (не оштукатуренные) колонны с пределом огнестойкости 15 мин.

В соответствии с действующими нормативными документами в период эксплуатации указанных зданий с металлическими не защищенными колоннами требования органов государственного контроля по повышению пределов огнестойкости этих колон правомерны только в период реконструкции, капитального ремонта, изменения функционального назначения и т.п.