Огнезащита стальных зданий. Статья 2: негорючесть и огнестойкость
Во многих статьях, особенно в сети интернет, посвященных зданиям на металлокаркасе (как из черного металла, так и ЛСТК), говорится о том, что металл негорюч, соответственно, такое здание абсолютно пожаробезопасно. Так ли это?
Следует, однако, различать негорючесть и огнестойкость.
Да, сталь - это прочный несгораемый материал со многими превосходными структурными свойствами. Но механические свойства стали ухудшаются при повышенных температурах.
При высоких температурах как предел текучести, так и прочность стали на растяжение и упругость уменьшаются.
Если говорить об изделиях из черного металла (двутавровая балка, швеллер, уголок, профильная труба с толщиной стенки от 4 мм), то в целом сталь сохраняет прочность и жесткость приблизительно равную 50 процентам ее нормальной прочности и жесткости при температуре около 60°C. Это сопоставимо с уменьшением прочности и жесткости для обычного бетона.
При температуре 700°C сталь сохраняет около 20 процентов прочности и жесткости. Почти полная потеря прочности происходит примерно при 1200°C. Для оцинкованной стали толщиной до 3 мм эти значения, соответственно, меньше.
Это испытательные данные. В реальности всё, конечно, значительно сложнее. Например, в композитном межэтажном перекрытии защищенная стальная балка будет самой горячей на нижней стороне перекрытия, которая находится ближе всего к огню, если пожар на нижнем этаже. Самая холодная часть стальной балки будет на верхней стороне перекрытия, которая находится в контакте с незатронутым огнем бетоном и покрытием пола верхнего этажа.
В процессе пожара, таким образом, нижняя часть балки нагревается до достаточно высокой температуры и теряет большую часть своей прочности и жесткости, в то время, как верхние части балки могут быть нагреты значительно ниже критических для стали температур.
Это всё достаточно очевидные утверждения. В заключение – утверждение интересное, полученное по результатам испытаний. В описанном случае верхняя часть балки может быть на целых 400°C холоднее, чем нижняя!
Следовательно, стальные каркасы должны быть правильно спроектированы и изготовлены с использованием соответствующих норм. Современные строительные нормы и правила содержат предписывающие критерии для определения того, когда и какие требования предъявляются к различным видам строительства, по высоте здания, по его площади и т.д.
В ограниченных условиях использование незащищенной стали допускается для определенных видов строений по заполняемости, высоте и площадь, например, некоторых малоэтажных зданий, спортивных стадионов, складов и других объектов.
При необходимости стальные элементы могут быть изолированы от воздействия огня с помощью различных средств, в том числе распыляемых огнеупорных материалов, вспучивающихся покрытий, гипсокартона и других составов и материалов.
Таким образом, длительное нагревание негативно сказывается на всех строительных материалах, с видимыми повреждениями, которые происходят при повышении температуры. Отклонения конструктивных элементов из стали от нормы во время длительных и жарких пожаров могут достигать много сантиметров, что составляет порядок величины больший, чем малые прогибы, которые обычно предусмотрены в конструкции.
Можно с уверенностью сказать, что сталь не плавится при пожарах в зданиях, хотя такая возможность теоретически есть, при определенных условиях (сравнимых с условиями плавильной печи). Однако обычный пожар в большинстве случаев просто не может генерировать температуру плавления стали, которая составляет около 1500°C.
Тем не менее, сталь в огне теряет свою прочность. Через какое-то время наступает, в частности, потеря несущей способности, т.е. конструкция начинает разрушаться. Об этом более подробно говорилось в предыдущей статье и этой «серии».
В следующей статье рассмотрим способы (методы) защиты стальных конструкций.
