ГОСТ Р 53295-2009 определяет приведённую толщину металла как отношение площади поперечного сечения металлической конструкции к периметру её обогреваемой поверхности.
Этот параметр позволяет учитывать геометрию стального элемента при оценке его нагрева. Обычная толщина стенки профиля для такой задачи недостаточна. Двутавр, швеллер, уголок и замкнутый профиль могут иметь одинаковую толщину отдельных частей, но разное соотношение количества металла и поверхности, контактирующей с горячими газами.
Чем больше поверхность нагрева относительно площади сечения, тем интенсивнее тепло передаётся металлу. Элемент с небольшой приведённой толщиной при прочих равных условиях нагревается быстрее более массивного профиля.
Поэтому показатель применяется при выборе толщины огнезащитного покрытия или конструктивной системы. В актуальном ГОСТ 21.513-2024 термин также определяется через отношение площади поперечного сечения конструкции к периметру обогреваемой поверхности.
Расчёт выполняют по формуле:
δпр = F / П
где:
δпр — приведённая толщина металла, мм;
F — площадь поперечного сечения металлической конструкции, мм²;
П — периметр обогреваемой части конструкции, мм.
Поскольку квадратные миллиметры делятся на миллиметры, результат выражается в миллиметрах.
Например, если площадь поперечного сечения условного элемента составляет 2000 мм², а обогреваемый периметр — 500 мм:
δпр = 2000 / 500 = 4 мм.
Если у того же элемента из-за другой схемы воздействия огня обогреваемый периметр составит 400 мм, значение изменится:
δпр = 2000 / 400 = 5 мм.
Пример показывает, почему при расчёте недостаточно знать только марку металлопроката. Необходимо определить, какая часть его поверхности действительно подвергается огневому воздействию.
Что такое обогреваемый периметр
Обогреваемый периметр — часть поверхности сечения металлической конструкции, которая принимается подвергающейся воздействию пожара в рассматриваемой расчётной схеме.
Один и тот же профиль может обогреваться:
Например, для балки, примыкающей верхней частью к перекрытию, расчётная схема может предусматривать воздействие огня снизу и с боковых сторон. В этом случае верхняя часть профиля не включается в обогреваемый периметр, если такое решение соответствует принятой расчётной схеме.
Изменение числа обогреваемых сторон влияет на результат: при той же площади сечения уменьшение П приводит к увеличению δпр. Поэтому значение приведённой толщины нельзя корректно определить только по сортаменту без информации о расположении конструкции и схеме её обогрева.
Название иногда воспринимают буквально и принимают приведённую толщину за толщину стенки, полки или листа. Это разные величины.
Например, у двутавра отдельно задаются:
-
высота профиля;
-
ширина полки;
-
толщина стенки;
-
толщина полки.
Приведённая толщина рассчитывается уже на основании площади всего поперечного сечения и его обогреваемого периметра. Поэтому конструкция со стенкой 6 мм вовсе не обязана иметь δпр = 6 мм.
Из этого следует важное практическое правило: значение 3,4; 4,0; 5,8 или 7 мм в расчётах огнезащиты нельзя автоматически воспринимать как физическую толщину стального проката.
Как приведенная толщина влияет на скорость нагрева
Стальной элемент получает тепло через поверхность. При этом его способность аккумулировать энергию связана с количеством металла в сечении.
Условно можно представить два элемента. У первого большая обогреваемая поверхность и относительно небольшая площадь сечения. У второго при сопоставимой поверхности металла в сечении больше. Первый элемент при одинаковом тепловом воздействии, как правило, будет нагреваться быстрее.
Приведённая толщина позволяет выразить эту разницу одним параметром.
Небольшая δпр означает сравнительно малое количество металла по отношению к обогреваемой поверхности.
Большая δпр соответствует более массивному сечению относительно площади воздействия.
Однако этот показатель не является единственным фактором огнестойкости. На поведение элемента также влияют нагрузка, марка стали, расчётная схема, температура, свойства огнезащиты и условия её монтажа.
Как приведенная толщина связана с огнезащитой
Для подбора защиты недостаточно знать только требуемый предел огнестойкости, например R 60 или R 90. Необходимо учитывать геометрию защищаемого элемента.
При расширенных испытаниях ГОСТ Р 53295-2009 позволяет устанавливать зависимость между тремя параметрами:
-
приведённой толщиной металла;
-
толщиной огнезащитного покрытия;
-
временем достижения предельного состояния.
На основании экспериментальных результатов допускается интерполяция внутри исследованного диапазона. Экстраполяция за его пределы стандартом не допускается.
Поэтому проектировщик должен использовать диапазоны, подтверждённые испытаниями конкретной системы, а не самостоятельно переносить результат на более тонкий или более массивный профиль.
Почему для тонкого профиля может потребоваться больше огнезащиты
Если приведённая толщина небольшая, металл способен быстрее набирать температуру. Чтобы обеспечить требуемое время сопротивления нагреву, системе приходится сильнее ограничивать тепловой поток к конструкции.
Для конкретного огнезащитного материала это может означать увеличение толщины защитного слоя по сравнению с более массивным профилем.
Например, для одной и той же системы получение R 60 при δпр 3,4 мм и R 60 при δпр 5,8 мм может потребовать разных параметров покрытия.
Но универсальной зависимости вида «уменьшение δпр на 1 мм требует добавить определённое количество огнезащиты» не существует. Толщина определяется по документации и испытательным данным конкретного средства.
Значение 5,8 мм в требованиях пожарной безопасности
В СП 2.13130.2020 приведённая толщина используется не только как расчётный параметр, но и непосредственно влияет на допустимый способ защиты.
Для несущих стальных элементов зданий I и II степеней огнестойкости при приведённой толщине металла менее 5,8 мм в случае применения средств огнезащиты должна использоваться конструктивная огнезащита либо комбинированный способ.
Это требование нередко понимают неправильно. Значение 5,8 мм относится именно к приведённой толщине, рассчитанной по ГОСТ Р 53295, а не к толщине стенки двутавра, швеллера или профильной трубы.
Поэтому нельзя взять штангенциркуль, измерить стенку профиля и на основании этого решить, распространяется ли на конструкцию требование СП.
Приведенная толщина и R 15
СП 2.13130.2020 содержит ещё один практически важный случай. Если для конструкции, не являющейся элементом противопожарной преграды, установлен предел огнестойкости R 15, допускается применение незащищённых стальных конструкций при выполнении предусмотренных сводом правил условий.
В частности, такая возможность предусмотрена независимо от фактического предела огнестойкости, если приведённая толщина металла составляет не менее 4,0 мм. Альтернативный вариант связан с подтверждённым пределом незащищённой конструкции R 8 и более.
Это ещё раз показывает, что приведённая толщина используется не как справочная характеристика профиля, а как параметр, непосредственно участвующий в принятии проектных решений по пожарной безопасности.
Как определяется показатель для двутавра
Для двутаврового сечения сначала определяется площадь металла в поперечном сечении. Для стандартного проката значение площади можно получить из соответствующего сортамента либо рассчитать по геометрическим параметрам профиля.
После этого определяется обогреваемый периметр. Его величина зависит от схемы воздействия огня.
Если колонна открыта огню со всех сторон, учитывается соответствующий полный обогреваемый контур.
Если балка защищена перекрытием сверху и нагревается с трёх сторон, используется периметр, соответствующий трёхстороннему воздействию.
Затем F делится на П.
В опубликованном ТЕХНОНИКОЛЬ примере расчёта конструктивной огнезащиты используется та же формула δпр = F / П, а площадь и периметр определяются отдельно в зависимости от типа сечения и числа обогреваемых сторон.
Почему у одного профиля могут быть разные значения
Марка профиля сама по себе ещё не задаёт единственную приведённую толщину для всех случаев эксплуатации.
Предположим, одна и та же двутавровая балка рассматривается в двух конструкциях. В первой она открыта огню с четырёх сторон. Во второй верхняя часть примыкает к перекрытию, поэтому принимается трёхсторонний обогрев.
Площадь F не изменилась — металл тот же. Обогреваемый периметр П стал меньше. Следовательно, расчётное значение δпр увеличилось.
Именно поэтому в проекте необходимо учитывать не только номер профиля, но и его реальное расположение.
Как узнать площадь поперечного сечения
Для стандартных двутавров, швеллеров, уголков и других видов проката площадь поперечного сечения обычно берётся из нормативной или технической документации на соответствующий сортамент.
При использовании сварных или нестандартных элементов площадь рассчитывается по их фактической геометрии.
Не следует заменять площадь сечения площадью наружного прямоугольника, в который визуально вписывается профиль. У двутавра, например, значительную часть такого прямоугольника занимает пустое пространство, поэтому подобный способ даст неправильный результат.
Для расчёта нужна именно площадь металла в поперечном сечении.
Как определить обогреваемые стороны
Количество обогреваемых сторон определяется не желанием уменьшить расчётный периметр, а реальной конструктивной схемой и условиями предполагаемого огневого воздействия.
Следует учитывать:
-
положение балки, колонны или другого элемента;
-
примыкание к перекрытиям и стенам;
-
наличие конструкций, отделяющих поверхность от воздействия пожара;
-
проектную схему огнезащиты;
-
требования применяемой методики расчёта.
Ошибка при определении П автоматически приводит к ошибке в δпр, после чего неверным может оказаться и подбор огнезащитного слоя.
Приведенная толщина и расход огнезащитного материала
Сам показатель не показывает расход в килограммах или квадратных метрах. Он используется как исходный параметр для выбора решения.
Общая логика выглядит так:
профиль → площадь сечения → обогреваемый периметр → приведённая толщина → требуемый предел огнестойкости → параметры испытанной системы огнезащиты → толщина слоя и расход.
Поэтому рассчитывать количество огнезащитной краски, штукатурного состава, плит или рулонного материала только по площади металлоконструкции недостаточно. Сначала должна быть определена подходящая система с параметрами, обеспечивающими требования проекта.
Можно ли взять ближайшее значение из таблицы
Если рассчитанная величина не совпадает с одним из значений в технической документации, нельзя произвольно распространять испытательные данные на любую точку диапазона.
ГОСТ Р 53295 допускает линейную интерполяцию при выполнении предусмотренных условий и наличии необходимого количества экспериментально установленных значений. При этом экстраполяция — распространение результатов за пределы испытанного диапазона — не допускается.
Поэтому корректный подбор выполняется по данным испытаний и расчётной документации конкретной системы.
Типичные ошибки при расчете
Одна из наиболее частых ошибок — подмена приведённой толщины фактической толщиной стенки профиля.
Также к неправильному результату приводят:
-
использование полного периметра вместо реально обогреваемого;
-
неверное определение площади сложного сечения;
-
расчёт без учёта числа сторон огневого воздействия;
-
перенос значения одного профиля на другой;
-
использование характеристик огнезащиты вне испытанного диапазона;
-
подбор толщины защитного слоя только по требуемому времени без учёта δпр.
Сам математический расчёт F / П прост. Основная сложность заключается в корректном определении исходных данных.
Показатель применяется при проектировании огнезащиты несущих стальных конструкций: колонн, балок, ригелей, ферм и других элементов.
Он необходим при работе с различными способами защиты — в тех случаях, когда результаты испытаний или расчётов системы связаны с массивностью металлического профиля.
Приведённая толщина используется в технической и проектной документации вместе с требуемым пределом огнестойкости, параметрами защитного слоя и характеристиками выбранного средства.
ГОСТ 21.513-2024, регулирующий выполнение рабочей документации антикоррозионной защиты и огнезащиты конструкций зданий и сооружений, также закрепляет этот термин и определение.
Как подобрать огнезащиту после расчета
После получения δпр необходимо определить требуемый предел огнестойкости конструкции и найти систему, испытания которой охватывают соответствующие параметры.
При проверке решения учитывают:
-
рассчитанную приведённую толщину;
-
требуемый предел огнестойкости;
-
тип металлического элемента;
-
допустимый диапазон применения системы;
-
требуемую толщину огнезащиты;
-
расход материала;
-
грунтовочное покрытие;
-
условия эксплуатации;
-
технологию нанесения или монтажа.
Если, например, расчёт дал δпр = 3,4 мм и проект требует R 60, следует искать не просто материал с характеристикой «60 минут», а решение, подтверждённое для соответствующей массивности металлической конструкции.
Приведённая толщина характеризует не физическую толщину проката, а соотношение площади поперечного сечения F к обогреваемому периметру П. Результат выражается в миллиметрах.
Параметр помогает учитывать массивность и геометрию элемента при расчёте огнезащиты. Чем меньше его значение, тем больше обогреваемая поверхность относительно количества металла и тем быстрее при сопоставимых условиях способен прогреваться профиль.
Для правильного подбора необходимо знать не только δпр, но и требуемый предел огнестойкости, схему обогрева и испытательные данные конкретной системы. Именно сочетание этих характеристик позволяет определить необходимую толщину защитного слоя и расход материала.
