Ako na ohňovzdorné oceľové konštrukcie?

Oceľové konštrukcie majú kritickú slabinu: slabú požiarnu odolnosť. Na zabezpečenie toho, aby si oceľové konštrukcie zachovali svoju pevnosť a tuhosť po dlhú dobu počas požiarov, chránili životy a majetok, v praktických inžinierskych projektoch sa často implementujú viaceré protipožiarne opatrenia.

Tento článok podrobne popisuje rôzne protipožiarne opatrenia založené na ich základných princípoch a porovnáva ich výhody a nevýhody.

Protipožiarne opatrenia oceľových konštrukcií spadajú na princípe do dvoch kategórií: metódy tepelnej izolácie a metódy chladenia vodou. Ich spoločným cieľom je zabezpečiť, aby komponenty neprekročili svoju kritickú teplotu v stanovenom časovom rámci. Rozdiel spočíva v prístupe: metódy tepelnej izolácie zabraňujú prenosu tepla na komponenty, zatiaľ čo metódy chladenia vodou umožňujú, aby sa teplo dostalo ku komponentom a potom ho rozptyľovalo na dosiahnutie cieľa.

Hodnotenie požiarnej odolnosti oceľovej konštrukcie sa vzťahuje na dobu, počas ktorej odoláva požiaru počas štandardnej požiarnej skúšky, meranú od okamihu, keď je vystavená ohňu, kým nestratí stabilitu, integritu alebo tepelnú izoláciu.

Je dôležité poznamenať, že zatiaľ čo samotná oceľ sa nevznieti a nespáli, jej vlastnosti výrazne ovplyvňuje teplota. Pri 250 stupňoch rázová húževnatosť ocele klesá; a nad 300 stupňov sa jeho medza klzu a medza pevnosti výrazne znižujú. Pri skutočných požiaroch s konštantnými podmienkami zaťaženia je kritická teplota, pri ktorej oceľové konštrukcie strácajú stabilitu statickej rovnováhy, okolo 500 stupňov, zatiaľ čo typické požiarne teploty dosahujú 800–1000 stupňov. V dôsledku toho pri vysokých teplotách požiaru oceľové konštrukcie rýchlo podliehajú plastickej deformácii, čo vedie k lokalizovanému zlyhaniu a v konečnom dôsledku spôsobuje zrútenie a zlyhanie celej konštrukcie.

Oceľové konštrukcie musia obsahovať protipožiarne opatrenia na zabezpečenie dostatočnej požiarnej odolnosti. Tým sa zabráni rýchlemu zahriatiu oceľových komponentov na kritické teploty počas požiarov, zabráni sa nadmernej deformácii vedúcej k zrúteniu konštrukcie, čím sa získa cenný čas na hasenie požiaru a bezpečnú evakuáciu, čím sa minimalizujú straty súvisiace s požiarom-.

Metódy tepelnej bariéry
Metódy tepelnej bariéry, kategorizované podľa ohňovzdorných náterov a enkapsulačných materiálov, zahŕňajú techniky striekania a enkapsulácie. Metóda nástreku chráni komponenty náterom alebo nástrekom ohňovzdorných náterov. Spôsob zapuzdrenia možno ďalej rozdeliť na duté zapuzdrenie a plné zapuzdrenie.

Sprejová metóda

Ohňovzdorné nátery sa zvyčajne aplikujú alebo nastriekajú na oceľové povrchy, aby vytvorili protipožiarnu-tepelnoizolačnú vrstvu, ktorá zvyšuje požiarnu odolnosť oceľových konštrukcií. Táto metóda ponúka jednoduchú konštrukciu, nízku hmotnosť, predĺženú dobu požiarnej odolnosti a nie je obmedzená geometrickým tvarom oceľových komponentov. Ponúka dobrú nákladovú-efektívnosť a praktickosť, vďaka čomu je široko používaný. Ohňovzdorné nátery oceľových konštrukcií sa dodávajú v rôznych typoch, ktoré sú všeobecne kategorizované do dvoch tried: tenkovrstvové nátery triedy B- (t. j. napučiavajúce ohňovzdorné nátery oceľovej konštrukcie) a hrubé -vrstvové nátery triedy H.

Ohňovzdorné nátery triedy B majú zvyčajne hrúbku náteru 2-7 mm. Ich základným materiálom je organická živica, ktorá poskytuje určitý dekoratívny efekt a zároveň expanduje a hustne pri vysokých teplotách. Ich požiarna odolnosť môže dosiahnuť 0,5 až 1,5 hodiny. Ohňovzdorné povlaky z tenkovrstvovej oceľovej konštrukcie sa vyznačujú tenkým povlakom, nízkou hmotnosťou a dobrou odolnosťou voči vibráciám. Pre nechránené vnútorné oceľové konštrukcie a ľahké strešné oceľové konštrukcie, kde je špecifikovaná požiarna odolnosť 1,5 hodiny alebo menej, sa odporúčajú ohňovzdorné nátery oceľových konštrukcií s tenkým filmom. Ohňovzdorné nátery typu H{19}} majú zvyčajne hrúbku náteru 8 až 50 mm a majú zrnitý povrch. Skladajú sa predovšetkým z anorganických tepelnoizolačných materiálov, vyznačujú sa nízkou hustotou a tepelnou vodivosťou. Hodnoty požiarnej odolnosti môžu dosiahnuť 0,5 až 3,0 hodiny. Hrubé-vrstvové štrukturálne ohňovzdorné nátery sú vo všeobecnosti-nehorľavé, odolné voči starnutiu a ponúkajú spoľahlivú životnosť. V prípade skrytých vnútorných oceľových konštrukcií, výškových{23}}cez{24}}oceľových konštrukcií a poschodových oceľových konštrukcií priemyselných závodov, ktoré vyžadujú hodnotenie požiarnej odolnosti 1,5 hodiny alebo viac, by sa mali zvoliť hrubovrstvové konštrukčné protipožiarne nátery.

Spôsob enkapsulácie

1) Metóda dutého zapuzdrenia: Typicky využíva ohňovzdorné dosky alebo žiaruvzdorné tehly na uzavretie oceľových komponentov pozdĺž ich vonkajšieho obvodu. Väčšina oceľových konštrukcií v domácich petrochemických závodoch využíva na ochranu oceľových komponentov murivo zo žiaruvzdorných tehál. Táto metóda ponúka vysokú pevnosť a odolnosť proti nárazu, ale má nevýhody vrátane veľkých požiadaviek na priestor a komplexnej konštrukcie. Použitie ľahkých žiaruvzdorných panelov, ako sú vlákno-vystužené cementové dosky, sadrokartónové dosky alebo vermikulitové dosky, ako protipožiarne vonkajšie vrstvy. Metóda krabicového-krytu veľkých oceľových komponentov ponúka výhody vrátane hladkých a rovných povrchov, nízkej ceny, minimálnych strát materiálu, žiadneho znečistenia životného prostredia a odolnosti voči starnutiu, čo predstavuje sľubné vyhliadky na široké uplatnenie.

2) Metóda pevného uzavretia: Zvyčajne zahŕňa uzavretie oceľových komponentov naliatím betónu, aby boli úplne zapuzdrené. Táto metóda bola použitá pre oceľové stĺpy v šanghajskom Pudong World Financial Center. Medzi jeho výhody patrí vysoká pevnosť a odolnosť proti nárazu, ale medzi nevýhody patrí značný priestor, ktorý zaberá betónová ochranná vrstva a pomerne zložitá konštrukcia, najmä na oceľových nosníkoch a výstužiach.

Spôsoby chladenia vodou

Metódy vodného chladenia zahŕňajú chladenie rozprašovaním vody a chladenie naplnené vodou-.

Chladenie vodným sprejom
Chladenie vodným sprejom zahŕňa inštaláciu automatických alebo manuálnych zavlažovacích systémov nad oceľovou konštrukciou. Počas požiaru sa aktiváciou postrekovačov vytvorí súvislý vodný film na povrchu ocele. Keď plamene dosiahnu povrch ocele, odparujúca sa voda absorbuje teplo, čím sa oneskorí dosiahnutie hraničnej teploty konštrukcie. Táto metóda bola implementovaná v budove stavebného inžinierstva na univerzite Tongji.

Vodou{0}}chladenie

Chladenie naplnené vodou-zahŕňa naplnenie dutých oceľových prvkov vodou. Cirkulujúca voda v oceľovej konštrukcii pohlcuje teplo generované samotnou oceľou, čo umožňuje konštrukcii udržiavať nižšie teploty počas požiaru a predchádzať strate nosnosti-v dôsledku nadmerného zahrievania. Aby sa zabránilo korózii a zamrznutiu, voda musí obsahovať inhibítory hrdze a nemrznúce prostriedky. Táto metóda bola použitá pre oceľové stĺpy v 64-poschodovej budove US Steel Building v Pittsburghu, USA.

Metódy tepelnej izolácie využívajú tepelne-blokujúce materiály na spomalenie prenosu tepla na oceľové konštrukčné prvky. Celkovo izolácia ponúka lepšiu ekonomickú životaschopnosť a praktickosť, vďaka čomu je široko používaná v skutočných inžinierskych aplikáciách. Zatiaľ čo vodné chladenie je účinným protipožiarnym opatrením, jeho špecializované konštrukčné požiadavky a vyššie náklady obmedzili jeho široké uplatnenie v inžinierskej praxi.

Keďže tepelná izolácia je široko používaná v protipožiarnej ochrane oceľových konštrukcií, nasledujúca časť sa zameriava na porovnanie výhod a nevýhod metód striekania a zapuzdrenia v rámci tepelnoizolačných opatrení.

Požiarna odolnosť

Z hľadiska požiarnej odolnosti prevyšuje metóda zapuzdrenia metódu striekania. Materiály na zapuzdrenie, ako je betón a žiaruvzdorné tehly, vykazujú vynikajúcu požiarnu odolnosť v porovnaní s bežnými ohňovzdornými nátermi. Okrem toho požiarna odolnosť nových protipožiarnych panelov prevyšuje požiarne odolné nátery. Ich medza požiarnej odolnosti je výrazne vyššia ako u protipožiarnych izolačných materiálov rovnakej hrúbky pri oceľových konštrukciách a dokonca prekračuje limit napučiavajúcich protipožiarnych náterov.

Trvanlivosť

Materiály na zapuzdrenie, ako je betón, vykazujú vynikajúcu trvanlivosť a odolávajú degradácii výkonu v priebehu času. Trvanlivosť zostáva nevyriešenou výzvou pre ohňovzdorné nátery oceľových konštrukcií. Organické -tenké a ultra{3}}tenké ohňovzdorné nátery, či už aplikované v interiéri alebo exteriéri, môžu podliehať rozkladu, degradácii alebo starnutiu ich organických zložiek. To vedie k odlupovaniu, práškovaniu alebo strate protipožiarnych vlastností.

Spracovateľnosť

Aplikácia nástreku na oceľovú protipožiarnu ochranu je jednoduchá a nevyžaduje žiadne zložité nástroje. Striekané-nátery však ponúkajú zlú kontrolu kvality-odstraňovanie hrdze, hrúbka náteru a vlhkosť prostredia sa ťažko zvládajú. Metódy zapuzdrenia sú zložitejšie, najmä pre výstuhy a nosníky, ale poskytujú vynikajúcu ovládateľnosť a konzistentnú kvalitu. Hranice požiarnej odolnosti je možné presne regulovať nastavením hrúbky zapuzdreného materiálu.

Vplyv na životné prostredie

Aplikácia nástrekom znečisťuje životné prostredie počas výstavby, najmä preto, že pri vysokých teplotách sa môžu uvoľňovať škodlivé plyny. Metódy zapuzdrenia neprodukujú žiadne toxické emisie počas výstavby, bežného používania alebo v podmienkach požiaru, čo prispieva k ochrane životného prostredia a bezpečnosti personálu počas požiarov.

Ekonomika

Metóda nástreku sa vyznačuje jednoduchou konštrukciou, krátkym trvaním projektu a nízkymi stavebnými nákladmi. Ohňovzdorné nátery sú však drahé a náklady na údržbu sú vysoké kvôli problémom, ako je starnutie náteru. Metóda balenia má vyššie stavebné náklady, ale používa lacné materiály a má nízke náklady na údržbu. Celkovo ponúka metóda balenia lepšiu ekonomickú efektívnosť.

Použiteľnosť

Metóda nástreku nie je obmedzená geometriou komponentov a je široko používaná na ochranu nosníkov, stĺpov, podlahových dosiek, strešných konštrukcií a iných komponentov. Je obzvlášť vhodný na protipožiarnu ochranu v priestorových konštrukčných systémoch ako sú ľahké oceľové konštrukcie, priestorové rámové konštrukcie a nepravidelné oceľové konštrukcie. Metóda balenia zahŕňa komplexnú konštrukciu, najmä pre komponenty, ako sú oceľové nosníky a výstuhy. Vo všeobecnosti sa častejšie používa pre kolóny a má menej rozsiahly rozsah aplikácií ako metóda sprejovania.

Obsadenie priestoru

Ohňovzdorné nátery používané pri nanášaní striekaním zaberajú minimálny objem, zatiaľ čo materiály na zapuzdrenie, ako je betón a ohňovzdorné tehly, zaberajú priestor a zmenšujú využiteľnú plochu. Okrem toho sú enkapsulačné materiály podstatne ťažšie.

Na základe vyššie uvedenej analýzy možno vyvodiť tieto závery:

1) Výber protipožiarnych opatrení pre oceľové konštrukcie musí zohľadňovať viaceré faktory, vrátane typu prvku, konštrukčnej náročnosti, požiadaviek na kvalitu, potreby trvanlivosti a ekonomickej efektívnosti;

2) V porovnaní s metódami nanášania striekaním a zapuzdrenia ponúka aplikácia striekaním predovšetkým výhody v zjednodušených konštrukčných technikách a minimálnej zmene vzhľadu komponentov po-aplikácii. Zapuzdrenie ponúka predovšetkým výhody v nižších nákladoch, vynikajúcej požiarnej odolnosti a trvanlivosti;

3) Každé opatrenie požiarnej ochrany má svoje silné stránky a obmedzenia. V inžinierskych aplikáciách môže kombinácia viacerých opatrení využiť ich príslušné výhody a kompenzovať nedostatky. Implementácia rôznych opatrení môže vytvoriť viacero vrstiev protipožiarnej ochrany.