Расчетно-экспериментальное обоснование огнестойкости мезонинных стеллажей из тонкостенных стальных профилей

Введение. К конструкциям мезонинов установлено нормативное требование по потере устойчивости 15 мин в условиях стандартного температурного режима. В настоящее время отсутствует утвержденная методика расчета фактических пределов стальных конструкций мезонинных стеллажей, позволяющая определять предельные значения внутренних усилий в несущих конструкциях для достижения предела R15 в зависимости от действующих загружений (в том числе и для нагрузок от последующих ярусов).

Цель и задачи. Целью исследования является расчетно-экспериментальное обоснование огнестойкости складских мезонинных стеллажей из тонкостенных холодногнутых стальных профилей производства ПАО «Северсталь». Для достижения поставленной цели решены следующие задачи: определены расчетные схемы и загружения двух образцов характерных фрагментов мезонинного стеллажа, выполнено расчетное определение пределов огнестойкости конструктивных элементов и проведены огневые испытания для определения огнестойкости по критерию R и валидации расчетов, сделаны выводы о границах применимости полученных результатов.

Методы. Определены расчетные схемы и загружения двух характерных фрагментов мезонинного стеллажа, выполнено расчетное определение пределов огнестойкости конструктивных элементов согласно двум методическим подходам: метод прямого редуцирования механических свойств с последующим пересчетом несущей способности по ГОСТ Р 56567–2015 и метод, основанный на положениях ТКП EN 1993-1-2–2009 для сечений 4-го класса. Проведены огневые испытания двух образцов фрагментов мезонинов согласно ГОСТ 30247.0 и ГОСТ 30247.1 для определения огнестойкости по критерию R и валидации расчетов.

Результаты и их обсуждение. Установлено, что незащищенные средствами огнезащиты тонкостенные стеллажные конструкции при корректном подборе сечений, коэффициенте сечения, учете эффективных характеристик и экспериментальной валидации могут обеспечить собственный предел огнестойкости не менее R8, что создает основу для разработки методики проектирования стеллажных мезонинов с нормативно обоснованным применением в объектах, где требуется предел огнестойкости R15.

Выводы. Уточненные расчетные зависимости и коэффициенты не являются универсальными для всех стеллажных систем или всех ЛСТК-профилей. Их применение допустимо только для конструкций, аналогичных испытанным по материалу, форме и толщине профиля, характеру перфорации, расчетной схеме, узлам сопряжения, уровню напряжений, коэффициенту сечения и условиям огневого воздействия.

1. Cho G., Yun H. Analytical Study on the Settings and Fire Spreading Characteristics of Representative Rack Structures in Korean Logistics Facilities // Journal of the Korean Society Hazard Mitigation. 2024. No. 24 (3). Pp. 123–129. DOI: 10.9798/KOSHAM.2023.24.3.123

2. Кузнецова М.А. Перспективы совершенствования пожарной безопасности складских комплексов с мезонинами // Международный журнал информационных технологий и энергоэффективности. 2025. № 10 (11–61). С. 232–242. EDN LEILES.

3. Bošković G., Todorović M., Ubavin D., Stepanov B., Mihajlović V., Perović M. et al. A New Method for the Determination of Fire Risk Zones in High-Bay Warehouses // Fire. 2024. No. 7 (4). P. 149. DOI: 10.3390/fire7040149. EDN QTYYGN.

4. Кутепов Е.Н., Кобелев А.А. Пожарная безопасность современных складских зданий // Ройтмановские чтения : сб. мат. XIII науч.-практ. конф. М. : Академия государственной противопожарной службы МЧС России, 2025. С. 182–185. EDN GKHGMY.

5. Маркус Е.С., Снегирев А.Ю., Кузнецов Е.А., Танклевский Л.Т., Аракчеев А.В. Численное моделирование распространения пламени по дискретной совокупности горючих материалов // Пожаровзрывобезопасность/Fire and Explosion Safety. 2019. № 4 (28). С. 29–41. DOI: 10.18322/PVB.2019.28.04.29-41. EDN JLVKZB.

6. Lee B., Jeon N., Min J. Full-Scale Fire Experiment on Mezzanine Racks in Logistics Facilities // Fire. 2024. No. 7 (9). P. 326. DOI: 10.3390/fire7090326. EDN TICBNN.

7. Jeon N., Kwon I.K., Lee B., Min J. Impact of Mezzanine Rack Shelf Spacing on Radiative Heat-Dominated Flame Spread Characteristics // Fire. 2025. No. 8 (12). P. 481. DOI: 10.3390/fire8120481. EDN JJHCLX.

8. Aguero A., Glauz R., Almerich-Chulia A., Kolekova Y., Martin-Concepcion P. Resistance of Steel Sections (Classes 1 to 4) Including Bimoment Effects // Buildings. 2025. No. 15 (21). P. 3894. DOI: 10.3390/buildings15213894. EDN IHXHZD.

9. Корсун Н.Д., Простакишина Д.А. Адаптация методики и анализ результатов лабораторных испытаний прочности стали тонкостенного холодногнутого профиля // Вестник евразийской науки. 2020. № 12 (6). С. 46. EDN GKAHBH.

10. Shaker F.M.F., Mamdooh Z., Deifalla A., Yehia M.M. Experimental Investigations of the Behavior of Stiffened Perforated Cold-Formed Steel Sections Subjected to Axial Compression // Buildings. 2022. No. 12 (6). P. 812. DOI: 10.3390/buildings12060812. EDN XERYNY.

11. Taheri E., Firouzianhaji A., Usefi N., Mehrabi P., Ronagh H., Samali B. Investigation of a Method for Strengthening Perforated Cold-Formed Steel Profiles under Compression Loads // Applied Sciences. 2019. No. 9 (23). P. 5085. DOI: 10.3390/app9235085

12. Luo K., Li H., Yang J., Kang H., Yan F., Han X. Research on post-fire mechanical properties of thin-walled cold-formed steel and its influence on the Σ-shaped columns after fire exposure // Thin-Walled Structures. 2024. No. 204. P. 112315. DOI: 10.1016/j.tws.2024.112315. EDN BYZWXN.

13. Chen J., Young B. Experimental investigation of cold-formed steel material at elevated temperatures // Thin-Walled Structures. 2007. No. 45 (1). Pp. 96–110. DOI: 10.1016/j.tws.2006.11.003

14. Kankanamge N., Mahendran M. Mechanical properties of cold-formed steels at elevated temperatures // Thin-Walled Structures. 2011. No. 49 (1). Pp. 26–44. DOI: 10.1016/j.tws.2010.08.004

15. Ranawaka T., Mahendran M. Experimental study of the mechanical properties of light gauge cold-formed steels at elevated temperatures // Fire Safety Journal. 2009. No. 44 (2). Pp. 219–229. DOI: 10.1016/j.firesaf.2008.06.006

16. Horáček M., Gernay T., Karmazínová M., Hladík M., Pöffel Z., Pešek O. et al. Full-scale fire resistance tests of lightweight steel framed floor systems // Thin-Walled Structures. 2023. No. 192. P. 111117. DOI: 10.1016/j.tws.2023.111117. EDN XRBRBY.

17. Rokilan M., Mahendran M. Design of cold-formed steel columns subject to local buckling at elevated temperatures // Journal of Constructional Steel Research. 2021. No. 179. P. 106539. DOI: 10.1016/j.jcsr.2021.106539. EDN AQKQYY.

18. Yang J., Zhou X., Wang W., Xu L., Shi Yu. Fire resistance of box-shape cold-formed steel built-up columns failing in global buckling: Test, simulation and design // Thin-Walled Structures. 2023. No. 183. P. 110433. DOI: 10.1016/j.tws.2022.110433. EDN JYKRZI.

19. Столяров Н.Н. Анализ напряженно деформированного состояния ЛСТК при огневых испытаниях // Строительная механика и расчет сооружений. 2025. № 6 (323). С. 27–32. DOI: 10.37538/0039-2383.2025.6.27.32. EDN LBSQZV.

20. Гравит М.В., Дмитриев И.И. Огнестойкость легких стальных тонкостенных конструкций : монография. СПб. : ФГАОУВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого», 2020. 213 с. DOI: 10.18720/SPBPU/2/s20-181. EDN WRVHTQ.

21. Gravit M., Dmitriev I. Light Steel Framing with Mineral Wool Fire Protection Under Fire Exposure / N. Vatin, S. Roshchina, D. Serdjuks (eds.) // Proceedings of MPCPE 2021. Lecture Notes in Civil Engineering. No. 182. Pp. 247–257. DOI: 10.1007/978-3-030-85236-8_22. EDN MKXQTQ.

22. Lim J., Young B. Effects of elevated temperatures on bolted moment-connections between cold-formed steel members // Engineering Structures. 2007. No. 29 (10). Pp. 2419–2427. DOI: 10.1016/j.engstruct.2006.11.027

23. Simoncelli M., Zucca M., Stochino F. Fire Resistance of Steel Rack Frames: Assessment, Reinforcement and Collapse Mitigation Strategies // Fire Technology. 2025. No. 61. Pp. 1861–1883. DOI: 10.1007/s10694-024-01664-z

24. Cirpici B., Orhan S., Yazici C., Özkal F. Numerical Investigation of the Fire Behavior of Storage Rack Systems Protected by Intumescent Coating // ACS Omega. 2022. No. 7 (40). Pp. 36001–36008. DOI: 10.1021/acsomega.2c05287. EDN GIGDBA.

25. Roxas C., Bautista C., Cruz O., Cruz Rh., Pedro J., Dungca J. et al. Systematic literature review of cold-formed steel at elevated temperature scenario // Helion. 2023. No. 9 (8). P. e19142. DOI: 10.1016/j.heliyon.2023.e19142. EDN TBMCNT.

26. Batista Abreu J.C., Vieira L.M.C., Abu-Hamd M.H., Schafer B.W. Review: development of performance-based fire design for cold-formed steel // Fire Science Reviews. 2014. No. 3 (1). DOI: 10.1186/s40038-014-0001-3