Огнезащита металлоконструкций: требования, расчёт и практические решения

Огнестойкость конструкции — ключевой параметр пожарной безопасности здания. Этот показатель отражает способность элемента сохранять функциональные свойства при воздействии стандартного пожара в течение нормируемого времени. Корректная оценка и обеспечение требуемых пределов огнестойкости — обязательная часть проектирования, экспертизы и авторского надзора.

Предел огнестойкости выражается в минутах — от начала стандартного огневого воздействия до наступления одного или нескольких предельных состояний: потери несущей способности, потери целостности или потери теплоизолирующей способности. Понимание этих критериев критично для архитекторов, конструкторов и специалистов по ПБ: именно на них завязаны расчёты, испытания и выбор огнезащиты.

Система REI — международно принятая и закреплённая в российской нормативной базе. Каждая буква описывает отдельный фактор поведения конструкции в пожаре:

• R (Resistance) — несущая способность. Фиксируется момент, когда элемент перестаёт надежно воспринимать расчётные нагрузки (критические деформации, потеря устойчивости, разрушение). Для стальных элементов критическая температура обычно 500–550 °C, где прочность стали быстро падает.
• E (Integrity) — целостность. Критерий появления сквозных трещин/отверстий и прохода пламени/дыма на «холодную» сторону. Для ограждающих конструкций определяющий параметр, поскольку препятствует распространению пожара между отсеками.
• I (Insulation) — теплоизолирующая способность. Наступает, когда среднее повышение температуры на необогреваемой поверхности превышает +140 °C, либо +180 °C в любой точке, или достигается абсолютное значение +220 °C. Этот критерий предотвращает вторичное возгорание соседних материалов.

Примеры маркировки:

• REI 90 — конструкция сохраняет несущую способность, целостность и теплоизоляцию 90 минут.
• R 45 — гарантируется только несущая способность 45 минут (без нормирования E и I).
• EI 60 — сохраняются целостность и теплоизоляция 60 минут, несущая способность не нормируется.

Стандартный ряд значений по ГОСТ 30247: 15, 30, 45, 60, 90, 120, 150, 180, 240, 360 минут, что обеспечивает единообразие требований и облегчает выбор решений.

Бетон — негорючий материал с низкой теплопроводностью, поэтому железобетон (ЖБ) часто демонстрирует высокие пределы огнестойкости без дополнительной защиты. На результат влияют:

• Толщина защитного слоя бетона. Увеличение, например, с 20 до 40 мм способно поднять R с 60 до 120 минут.
• Тип заполнителя. Карбонатные заполнители обычно улучшают показатели по сравнению с силикатными.
• Влажность бетона. При избыточной влажности возможен «взрывной» сполл из-за интенсивного парообразования; оптимум — 3–5 % по массе.
• Класс/тип арматуры. Для А400 критическая температура около 550 °C, для А500 — около 520 °C.

Пример расчёта (ЖБ-балка): сечение 300×600 мм, 4Ø25 А400, защитный слой 30 мм.

• Прогрев защитного слоя до 100 °C: ≈ 15 мин.
• Прогрев арматуры до 550 °C: ≈ 75 мин.
• Фактический R ≈ 75 мин, округляется по ряду до R 60.

Газобетон благодаря пористости и низкой теплопроводности может обеспечивать REI 240 уже при толщине порядка 200 мм. Пенобетон также показывает хорошие результаты (REI 240–300 при толщине ~175 мм), но чувствительнее к влажности — в испытаниях разброс выше.

Сталь негорюча, но при пожаре быстро теряет прочность; теплопроводность высокая — сечение прогревается стремительно. Критическая температура 500–550 °C может достигаться уже через 10–15 минут стандартного огня.

Определяющие параметры:

• Приведённая толщина металла (A/P) — площадь сечения к периметру обогреваемого контура. Чем меньше, тем быстрее прогрев и ниже R. При A/P < 3 мм предел огнестойкости может составлять R 5 минут, массивные сечения без защиты доходят до R 45.
• Уровень эксплуатационных нагрузок. Снижение фактической нагрузки (например, с 1,0 до 0,6 от расчётной) повышает допустимую критическую температуру (условно с 500 до 600 °C), что может увеличить R на 30–50 %.

Пример (двутавр 20Б1): h = 194 мм, A = 26,8 см², P = 68,8 см → A/P ≈ 3,9 мм.

Ориентировочный R без защиты: 8–10 минут — необходима огнезащита.

1) Тонкослойные вспучивающиеся покрытия (интумесцентные краски)

Слой 0,5–3 мм при нагреве вспучивается в 20–40 раз, образуя пористый теплоизолятор (пенококс) толщиной до ~50 мм. Реализуются группы эффективности I–VI (ориентировочно 30–150 мин). Плюсы: лёгкий вес, повторение геометрии, сохранение архитектурного вида, быстрый монтаж.

2) Толстослойные покрытия (обмазки/штукатурные составы)

Формируют постоянный теплоизолирующий слой 10–50 мм; достигаются высокие пределы (вплоть до R 240), покрытие более жёсткое и стойкое к механике. Современные рецептуры — на основе вермикулита, перлита, минеральных волокон.

3) Конструктивная огнезащита

Облицовки ГКЛ/ГВЛ, фиброцементом, штукатурка по сетке, кассетные системы. Дают R 90–R 180 и выше, позволяют скрыть сталь и совместить огнезащиту с акустикой/архитектурой.

Огнезащитное интумесцентное покрытие «ПРОМИЗОЛ-СТК-МЕТ», армированное сеткой без прямой механической фиксации к стальной конструкции.

Засыпная огнезащита полых профилей (песок, перлит, минераловата) эффективна для трубчатых колонн — равномерная защита по периметру.

4) Водяное охлаждение (редко, для особо ответственных узлов)

Поддерживает металл около 100 °C практически неограниченное время, но требует инженерной инфраструктуры и контроля отказоустойчивости.

Определение пределов огнестойкости выполняют экспериментально (ГОСТ 30247.0-94 и профильные части) либо расчётно по специализированным методикам. Испытания проводят в печах по стандартной температурной кривой

T = 345 × lg(8t + 1) + 20, где t — минуты.

Требования к печам и процедурам:

• Равномерность нагрева, геометрия проёмов под крупные образцы, минимальная глубина камеры ≥ 0,8 м.
• Непрерывная регистрация температуры в печи и на «холодной» стороне, фиксация деформаций, момента появления пламени/дыма.
• Для типа конструкции испытывают не менее трёх образцов; при разбросе результатов > 20 % — дополнительное испытание.
• Предел огнестойкости — среднее из двух меньших значений, округлённое вниз до ближайшего стандартного ряда.

Расчётные методы применимы для конструкций, аналогичных испытанным по форме, материалам и узлам:

• ЖБ — методики СТО 36554501-006-2006 и др.,
• Сталь — рекомендации ВНИИПО в связи с СП 2.13130.2020,
• ПО: инженерные комплексы расчёта температурных полей и несущей способности (в практике — специализированные модули, в т.ч. NormCAD для ЖБ).

Алгоритм расчётного определения R/E/I:

1. Построение температурного поля в сечении (по стандартной кривой).
2. Учёт деградации прочностных характеристик материалов при нагреве.
3. Расчёт несущей способности при высоких температурах с учётом сочетаний нагрузок.
4. Определение времени достижения предельного состояния (R, E, I).

В РФ требования устанавливают № 123-ФЗ (ред. 25.12.2023) и СП 2.13130.2020 (ред. 20.06.2023). Минимальные пределы огнестойкости зависят от степени огнестойкости здания, функционального назначения, этажности, категории по взрывопожарной и пожарной опасности, площади отсеков и путей эвакуации.

Принципы назначения:

• Здания I степени огнестойкости требуют максимальных пределов (например, R 120 для несущих элементов).
• Для V степени некоторые элементы могут не нормироваться.
• Для высотных зданий, объектов массового пребывания людей, производств с повышенными рисками применяются повышенные требования и специальные решения (в том числе к конструкциям путей эвакуации).

В проекте требуемый предел должен быть не ниже фактически обеспечиваемого конструкции по расчёту или испытаниям. Запас — благо, но должен быть экономически и технологически обоснован.

Пример 1. Многоэтажный офис (12 этажей, 42 м, ЖБ-каркас, I степень)

Требуемые пределы: колонны R 120, балки R 120, плиты REI 60, стены лестничных клеток REI 120.

Проектное решение: колонны 400×400 мм с защитным слоем 40 мм обеспечивают R 150; балки 300×600 мм, защитный слой 35 мм — R 120; плита 200 мм — REI 90. Требования выполняются с запасом, что важно для реального пожара (неидеальные сценарии, локальные перегревы).

Пример 2. Цех со стальным каркасом (кат. В, II степень)

Колонна из двутавра 30Б1, приведённая толщина ≈ 4,2 мм, R без защиты ≈ R 10. Требуется R 90. Решение: огнезащитное покрытие III группы эффективности (подбор толщины/массы по сертификации системы) либо конструктивная облицовка — итоговый выбор зависит от архитектуры, среды эксплуатации и графика работ (мокрый/сухой монтаж, сроки).

1. На стадии концепции сверьте степень огнестойкости и минимальные REI по функционалу и высоте.
2. Для стальных конструкций оцените A/P (приведённую толщину) и уровень нагрузок — без этого нельзя корректно подобрать огнезащиту.
3. В ЖБ уделите внимание защитному слою, типу заполнителей и конструктивным узлам; избегайте избыточной влажности на этапе ввода.
4. Выбор между вспучивающимися красками, обмазками, облицовками делайте по комбинации факторов: требуемый R, условия эксплуатации, эстетика, сроки монтажа, стоимость жизненного цикла.
5. Фиксируйте решения в ведомости огнезащиты: тип системы, толщина/масса, требования к подготовке поверхности, ремонтопригодность, контроль качества (толщиномеры, протоколы).

Так вы обеспечите документально подтверждённое соответствие № 123-ФЗ и СП 2.13130.2020, а главное — реальную устойчивость конструкций при пожаре.