Расчет критической температуры металлических конструкций для определения толщины огнезащитного покрытия и обеспечения требуемого предела огнестойкости

Незащищённый металлические конструкции имеют, как правило, очень низкий предел огнестойкости. Огнестойкость утрачивается вследствие снижения при нагреве прочности и упругости металла, а также за счет развития его пластических и температурных деформаций. 

Под воздействием этих факторов предел огнестойкости конструкции наступает или в результате потери прочности, или за счет потери устойчивости. Тому и другому случаю соответствует определенная температура нагрева конструкции, называемая критической, которая зависит в общем случае от вида конструкции, ее размеров, марки стали, схемы опирания и рабочей нагрузки.

При разработке проектов огнезащиты стальных конструкций, для обеспечения требуемого предела огнестойкости, рассчитывается толщина огнезащитного покрытия. 

Требуемая толщина огнезащитного покрытия определяется в зависимости от требуемого предела огнестойкости, приведенной толщины металла и критической температуры стальной конструкции. 

При этом при определении требуемой толщины огнезащиты используется параметр – критическая температура, которая принимается, как для конструкций, находящихся под воздействием нормативной нагрузки, 773 К (500 ⁰С).

Однако при меньших нагрузках, а также с целью более точного определения огнестойкости конструкции критическая температура может находиться расчетным путем.

Расчет огнестойкости металлических конструкций начинается со статической части, т. е. с определения критических температур. Далее производят теплотехнический расчет, в результате чего находят время нагрева конструкции до критической температуры, т.е. ее предел огнестойкости.

Статический расчет проводится с помощью кривых деформаций стали, которые построены по результатам исследований ползучестей сталей при нагреве под действием постоянной нагрузки.

Кривые деформации стали, построенные по результатам исследований ползучестей сталей при нагреве под действием постоянной нагрузки (степени нагружения) 

Далее проводится теплотехнический расчет. Металл обладает огромным коэффициентом температуропроводности, за счет чего выравнивание температуры по его толщине происходит весьма быстро. Это дает возможность по сечению металла конструкций при нагреве принять равномерное распределение температуры.

Температура незащищенных металлических конструкций в процессе нагрева зависит только от одного геометрического параметра – приведенной толщины металла tred.

Это позволяет для каждой приведенной толщины металла использовать одну номограмму, с помощью которой можно определять температуру незащищенных конструкций любых сечений.

Номограмма определения предела огнестойкости металлической конструкции в зависимости от критической температуры и приведенной толщины металла

Так с помощью номограммы и зная критическую температуру и приведенную толщину метала находится время достижения критической температуры, т.е. предел огнестойкости.

Затем с помощью таблиц, полученных в результате огневых испытаний конструкций с огнезащитным покрытием, подбирается толщина огнезащитного покрытия конструкции, необходимого для достижения требуемого предела огнестойкости.

Фрагмент таблицы «Определение требуемой толщины МБОР Ф в огнезащитной системе «ET Профиль» в зависимости от требуемого предела огнестойкости, приведенной толщины металла и критической температуры стальной конструкции»

Например: Если для конструкции требуемый предел огнестойкости составляет R90, приведенная толщина металла 1,6 мм. А критическая температура, полученная в результате статического расчета, равна 450 ⁰С. В данном случае требуемая толщина покрытия составит 16 мм. Если бы без расчета принималась "стандартная" температура 500 ⁰С, потребовалось выполнять покрытие толщиной 18 мм.