Металлические конструкции являются важнейшим и лидирующим материалом, выгодно отличающим себя от прочих строительных элементов. Применение стали уже давно известно в различных областях жизнедеятельности человека, повышает качество среды жизни, что соответствует Указу Президента и Постановлению Правительства [1, 2].Использование его для возведения несущих и ограждающих элементов зданий и сооружений позволило специалистам строительной индустрии проектировать высокие многоэтажные жилые комплексы [5].Однако при большем количестве положительных свойств в использовании стального каркаса в промышленном или гражданском строительстве, есть и два существенных недостатка: сопротивляемость пожарам и их стойкость к коррозийному воздействию. Ниже приведены группы для коррозийной защиты. Существующие расчетные положения также должны учитывать данные факторы.Существуют несколько групп конструкций с необходимой коррозийной защитой:- I группа–защита устанавливается на этапах проектирования и изготовления конструкций;- II группа – условие, в котором технологических показателей антикоррозийной защиты конструкции недостаточно; - специальная – в том случае, если методы I и II группы не выполняются. Наиболее распространенным методом уменьшения коррозийного износа является покрытие элементов лакокрасочными материалами. Выбор необходимой краски или лака осуществляется по выявлению атмосферной влажности и влияния агрессивных сред и газов [3].К особенностям выбора краски или лака по выявлению атмосферной влажности относится:- температура воздуха;- температура окрашиваемой поверхности;- влажность воздуха;- увлажнение поверхности.Влага, сконденсированная на поверхности, может привести к нежелательным последствиям:- вызвать коррозию металла;- нарушить смачиваемость поверхности лакокрасочным материалом;- уменьшить сцепление лакокрасочного покрытия с окрашиваемой поверхностью;- вызвать образование в лакокрасочной пленке дефектов (пор, кратеров, сморщивания).Для повышения устойчивости пожару существует два основополагающих метода огнезащиты - сухой и влажный, которые обосновывают выбор способа построения защиты.К достоинствам сухих технологий огнезащиты является выполнение работ в любое время года, а также в условиях, когда по каким либо технологическим или иным причинам применение мокрых технологий является недопустимым. Сухие технологии являются более трудоемкими, а выполнение огнезащиты на конструкциях сложной пространственной формы, например, балках и фермах является трудно решаемой технологической задачей. Некоторые материалы можно отнести условно к сухим, например, плитные или рулонные материалы, они могут крепиться мастиками или клеями, либо комбинированным мокро-сухим способом и, впоследствии, оштукатуриваться перед чистовой отделкой. При проектировании стальных колонн учитывают следующие требования: минимизация расхода стали; скорость установки; однотипность параметров; минимизация расход ресурсов при изготовлении; простота и надежность стыковых соединений; небольшая прилегающая площадь на фундаменте; простые узлы и переходы.Влажная огнезащита может выполняться в теплое время года. Обкладка кирпичом является трудоемким и медленным процессом, поэтому может выполняться при малых объемах огнезащитных работ. Наиболее технологичным и применяемым процессом является оштукатуривание защитных конструкций методом торкретирования. Данный метод позволяет создавать огнезащитные покрытия, точно повторяющие форму защищаемой строительной конструкции. Покрытия, используемые этим методом, могут быть подвергнуты финишной обработке или окраске для придания водостойкости, а также для стойкости к агрессивным средам. Приведенные выше способы огнезащиты основаны на замедлении прогрева металла за счет создания препятствий поступающему тепловому потоку, которые подробно освещены ниже [4].Существуют несколько способов огнезащиты: сухая и влажная защита; штукатурка; обетонирование; краски; инумесцентные составы (вспучивающиеся шпаклевки с толщиной более 3 мм); конструктивная огнезащита (рис. 1). Нами предусмотрено использование в строительных конструкциях различных красок и приведенные ниже условия их применения [3]. Рис. 1. Способы конструктивной огнезащиты:а) плитами из ячеистого бетона; 1 – болт; 2 – колонна; 3 – приваренный уголок;4 - цементный раствор; б) вермикулитовыми плитами: 1 – клей; 2 – колонна;3 – вермикулитовая плита; 4 – алюминиевый лист Разрушение стали без поверхностного покрытия начинает формироваться с поверхности металлического элемента.Существует несколько типов коррозии: сплошная; местная; межкристаллитной или интеркристаллитной [5].В зависимости от внешних воздействий коррозию подразделяют на: химическую (газовую); жидкостно-химическую; электрохимическую.Ниже представлены способы и методы антикоррозийного покрытия и огнезащиты (рис. 2).    Рис. 2. Действие вспучивающегося огнезащитного покрытияа) конструкция до пожара; б) конструкция после пожара В настоящее время для огнезащиты используют следующие лакокрасочные покрытия: Термобарьер; Джокер; Джокер М; Джокер АЭС; Джокер 521; Лидер; Уникум; Монокот Крилак; ОФП-НВ «Эскалибур»; Миропан-ПРО-Металл; Миронит-Металл. Ниже представлены описания их применений.Огнезащитная краска «Термобарьер» разработана для снижения потери прочностных характеристик стальных колонн. Она применяется в промышленном и гражданском строительстве, и ее следует использовать только внутри помещений.Главной особенностью данной краски является возможность работы практически при любых погодных условиях (температура окружающего воздуха от -30°С до +35°С, относительная влажность до 90%.).К преимуществам ее можно отнести: компактность; независимость от атмосферных температурных перепадов; высокая скорость высыхания краски и др.Краска, которая соответствует II, III, IV, V, VI, VII группам огнестойкости и обеспечивает предел огнестойкости металлоконструкций от 15 до 120 минут (R15, R30, R45, R60, R90, R120) [3, 4].При определении противопожарной защиты используется понятие «приведенная толщина металла» (ПТМ). От которой зависят требуемые параметры обработки.Fпр= S ·10/ P,где: Fпр — приведенная толщина металла; S — площадь поперечного сечения, в см; P — обогреваемый периметр, в см.Расчеты учитывают НПБ 236-97* и отображают зависимость толщины покрытия от приведенной толщины металла. Процедура расчета использует несколько формул, при этом учитываются параметры сечения детали – периметр. При определении противопожарной защиты используется понятие «приведенная толщина металла» (ПТМ). От него зависят требуемые параметры обработки, при этом исчисления учитывают НПБ 236-97* и отображают зависимость толщины покрытия от приведенной толщины металла. Процедура расчета использует несколько формул, учитывает параметры сечения детали – периметр. Ниже в таблице 1 представлены технические характеристики для расчета огнезащиты стальных колонн. Таблица 1 Технические характеристики для расчета огнезащиты стальных колоннКолонны (ГОСТ 26020 - 83)* СортаментПриведенная толщина ме таллаОбогреваемы й периметрПлощадь поверхности1 м, м2Площадь поверхности1 т, м220К14,4876811771,17728,36120К25,0507611821,18225,20323К14,7507114001,426,8223К25,3967214041,40423,59726К15,4159115341,53423,52826К26,0591715381,53821,01126К36,8588115441,54418,5830К16,0879417741,77421,01930К26,8624217881,78818,56730К37,8064217771,77716,31835К16,7618620662,06618,83335К27,7338520742,07416,47335К38,8509620802,0814,39440К17,4365523642,36417,1340К28,8862723742,37414,33640К310,8046923862,38611,79440К412,8583324002,49,90940К515,3559624162,4168,297 Пример расчета покрытия и ПМТ:Исходные данные:Двутавр 300(h) 300(b) 10(S) 11080(f).  Рис. 3. Параметры двутавра:S – толщина стенки; h – высота двутавра; b – ширина полки Марка стали сортамента 30К2; обогрев ведется с 4 сторон.Производим расчет периметра двутавра:P=2h+4b-2s=2*300+4*300-2*10=1780 мм.                   [13]где, приведенная толщина металла (ПТМ)F – площадь поперечного сечения,P – обогреваемый периметр, тогдаδпр=11080/1780=6,22 мм.Окончательные расчеты выполняются по ГОСТ 53295-2009, а расчет делают для критической температуры металла t+500 °C.Используя графики и таблицы защитных составов, подставив которые, получают требуемую толщину СО для исчисленного ПТМ [13].На основании имеющихся данных сортаментов колонных двутавров (Гост 26020 – 83*) и методов уменьшение скорости набора критической температуры стальной колонны, получается прослойки создания между зоной  влияния огня и строительного элемента. Из таблицы 2 производится выбор метода огнезащиты. Таблица 2Методы огнезащитыМетод огнезащитыОгнезащитный материалСредняя плотность кг/м3Толщина огнезащитного материала, мм (При требуемых пределах огнестойкости, мин.)456090120150ОблицовкаКирпич ША - 8180065656565120Бетон25002525405060Гипсокартон850121250--ОштукатуриваниеЦементно-песчаная штукатурка18002525405060Перлитовая штукатурка5001515304050Нанесение покрытийНевспучивающиеся покрытие ОФП-МВ3001515304045Вспучивающиеся покрытие ОЗС-МВ1230882432-            В жилых и общественных зданиях для стальных конструкций рекомендуется применять только конструктивную огнезащиту без использования вспучивающихся компонентов. Вышеуказанные данные для облицовки усиливают массу конструкции, а также повышается долговечность конструкции и сопротивляемость воздействия влажности и динамическим нагрузкам (рис. 4).  При этом общая эмпирическая зависимость y = Ax2 + Bx+C где, Эмпирическая зависимость для кирпича: y = 7,8571x2 - 36,143x + 98 Эмпирическая зависимость для бетона: y = 1,0714x2 + 3,0714x + 19 Эмпирическая зависимость для гипсокартона: y = 19x2 - 57x + 50  При этом общая эмпирическая зависимость y = Ax2 + Bx + C,где Эмпирическая зависимость для ША-8 y = -14,94x2 + 150,54x - 147,68  Эмпирическая зависимость для гипсокартона: y = Ax2 + Bx+C,где Ax2 = 0,0092; Bx=0,4924; С= 27,039 Использование минераловатых плит обусловлено их высокими показателями тепло-сохраняющих характеристики могут использоваться в организации огнезащиты конструкции, причем необходимо использовать декоративную облицовку, что дополнительно повышает огнестойкость на 25 минут на каждый слой. Ниже приведен график огнезащиты штукатурки и эмпирических зависимостей (рис. 7).  Общая эмпирическая зависимость y = Ax2 + Bx+C, где эмпирическая зависимость для цемементно-песчанной штукартуки: y = 1,0714x2 + 3,0714x + 19;эмпирическая зависимость для перлитовой штукатурки: y = 1,0714x2 + 3,0714x +9.При применении невспучивающихся огнезащитных покрытий предел огнестойкости которых достигается при применении облегченной штукатурки (200 – 600 кг/м3), применение легких термостойких заполнителей. Нанесение происходит по сетке вручную или механизированным способом, причем толщина покрытия от 15 до 50 мм способна обеспечивать предел огнестойкости от 0,75 до 2,5 часов.Вспучивающиеся (терморасширяющиеся) огнеупорные краски или плиты, предпочтение отдается изделиям с использования вермикулитовых плит, состоящие из вулканического состава, а за счет их физико- механических свойств повышается теплоизоляция зданий. Они используются по достижению температуры пожара при температуре более 200 0С, так как они начинают, расширяется, и создают термоизоляционный слой, превышающий и первоначальный объем в десятки раз. За счет этого огнестойкость конструкции повышается (рис. 8).  Общая эмпирическая зависимость y = Ax2 + Bx+C, где эмпирическая зависимость для невспучивающегося покрытия:y= 1,0714x2 + 3,0714x +6эмпирическая зависимость для вспучивающегося покрытия: y=8,8x–4Ниже приведена зависимость собственного предела огнестойкости металлоконструкции от приведенной толщины металла (табл. 3), а также график огнезащиты незащищенных металлических конструкций (рис. 9). Таблица 3Зависимость собственного предела огнестойкости металлоконструкции от приведенной толщины металла Приведенная толщина, ммПредел огнестойкости, мин.35591015151820213027   Общая эмпирическая зависимость y = Ax + B,где Ax= 0,7749; B=5,1142.При облицовывании кирпичом, бетоном или гипсокартоном, нагрузка от этих средств не передаётся на конструкции, на нанесение растворов и покрытий дополнительно загружает непосредственно сами балки и колонны, что может вызвать перемещения и прогибы. В качестве примера автором была смоделирована в программном комплексе SCAD 3 плоских рамы пролётами l=6, 12 и 24 м, а высота колонн h=6 м (табл. 4). При этом сечения конструкций, будут следующие: колонны - двутавр колонный 30К1; балки - двутавр широкополочный 20Ш1. Рассчитав массу состава на 1 м, стойки и балки рам загружаются полученной нагрузкой и выполняется расчет (табл.5). В каждом случае учитывают собственный вес конструкций. Таблица 4Расчет плоских рам пролетовСредстваЦементно-песчаная штукатуркаПерлитовая плитаНевспучивающиесяпокрытие ОФП- МВВспучивающиесяпокрытие ОЗС- МВПредел огнест.,мин45150451504515045120Пролёт 6 м-0,59-1,08-0,3-0,44-0,28-0,35-0,32-0,55Пролёт 12 м-8,26-15,07-4,2-6,09-3,88-4,85-4,45-7,65Пролёт 24 м-123,73-225,89-62,92-91,33-58,09-72,68-66,74-114,59 Результаты расчёта показали, что на колонны нанесённые средства влияют минимально и деформации пренебрежительно малы. Большие прогибы возникают в горизонтальных балках, которые можно увидеть в таблице 6.Ниже представлены расчеты нагрузки на конструкции (табл. 5).Таблица 5Нагрузка на конструкции30к1 Цементно-песчаный растворПерлитовая плитаНевспучивающиесяпокрытие ОФП- МВВспучивающиеся покрытие ОЗС-МВПредел огнест.,мин 45 150 45 150 45 150 45 120Площадь поверхн1м, м2 1,774 1,774 1,774 1,774 1,774 1,774 1,774 1,774Толщинамат, м0,0250,060,0150,050,0150,0450,0080,032Объёмнанес. мат., м3 0,04435 0,10644 0,02661 0,0887 0,02661 0,07983 0,014192 0,056768Плотность нанесениямат.,кг/м3 1800 1800 500 500 300 300 1230 1230Массамат., кг79,83191,59213,30544,357,98323,94917,4561669,82464                                                                 20Ш1Площадь поверхн1м, м2 0,976 0,976 0,976 0,976 0,976 0,976 0,976 0,976Толщ.мат, м0,0250,060,0150,050,0150,0450,0080,032Объём нанес.мат., м3 0,0244 0,05856 0,01464 0,0488 0,01464 0,04392 0,007808 0,031232Плотность нанес.мат.,кг/м3 1800 1800 500 500 300 300 1230 1230Массамат., кг43,92105,4087,3224,44,39213,1769,6038438,41536 Таблица 6Прогибы балок по оси Z                                                                  30к1 Цементно-песчаный растворПерлитНевспучивающиеся покрытие ОФП- МВВспучивающиеся покрытие ОЗС-МВПредел огнест., мин 45 150 45 150 45 150 45 120Площадь поверхн 1м, м2 1,774 1,774 1,774 1,774 1,774 1,774 1,774 1,774Толщ. мат, м0,0250,060,0150,050,0150,0450,0080,032Объём нанес. мат., м3 0,04435 0,10644 0,02661 0,0887 0,02661 0,07983 0,014192 0,056768Плотность нанес. мат., кг/м3 1800 1800 500 500 300 300 1230 1230Масса мат., кг79,83191,59213,30544,357,98323,94917,4561669,82464 По результатам расчета наибольшее значение перемещений в 24 метровой балке при обработке её цементно-песчаным раствором. Данный является экономичным, но возникающие прогибы превышают допустимый предел по действующим нормам [9]. При нанесении вспучивающегося покрытия ОЗС-МВ толщиной больше 8 мм сопряжено с риском возникновения избыточных деформаций. Для расчёта нужной толщины слоя в таком случае можно воспользоваться эмпирической зависимостью, представленной далее на графике (рис. 10).  Полученные результаты могут быть использованы в строительной практике при проектировании каркасов стальных конструкций и разработке мероприятий по их защите от огня.