Kako protipožarno zaščititi jeklene konstrukcije?

Jeklene konstrukcije imajo kritično slabost: slabo požarno odpornost. Da bi zagotovili, da jeklene konstrukcije ohranijo svojo trdnost in togost za daljša obdobja med požari, varujejo življenja in lastnino, se v praktičnih inženirskih projektih pogosto izvajajo številni ukrepi protipožarne zaščite.

Ta članek bo podrobno opisal različne protipožarne ukrepe, ki temeljijo na njihovih temeljnih načelih, ter primerjal njihove prednosti in slabosti.

Protipožarni ukrepi za jeklene konstrukcije so glede na načelo razdeljeni v dve kategoriji: metode toplotne izolacije in metode vodnega hlajenja. Njihov skupni cilj je zagotoviti, da komponente ne presežejo kritične temperature v določenem časovnem okviru. Razlika je v pristopu: metode toplotne izolacije preprečujejo prenos toplote na komponente, medtem ko metode vodnega hlajenja omogočajo, da toplota doseže komponente in jo nato odvaja za dosego cilja.

Ocena požarne odpornosti jeklene konstrukcije se nanaša na trajanje odpornosti proti ognju med standardnim požarnim preskusom, merjeno od trenutka, ko je izpostavljena ognju, dokler ne izgubi stabilnosti, celovitosti ali toplotne izolacije.

Pomembno je omeniti, da se jeklo samo po sebi ne vname ali gori, vendar na njegove lastnosti pomembno vpliva temperatura. Pri 250 stopinjah se udarna žilavost jekla zmanjša; in nad 300 stopinjami se njegova meja tečenja in končna trdnost znatno zmanjšata. V dejanskih požarih s stalnimi pogoji obremenitve je kritična temperatura, pri kateri jeklene konstrukcije izgubijo stabilnost statičnega ravnotežja, okoli 500 stopinj, medtem ko tipične požarne temperature dosežejo 800–1000 stopinj. Posledično se pod visokimi temperaturami ognja jeklene konstrukcije hitro plastično deformirajo, kar vodi do lokalne okvare in na koncu povzroči, da se celotna konstrukcija zruši in odpove.

Jeklene konstrukcije morajo vključevati protipožarne ukrepe, da se zagotovi zadostna stopnja požarne odpornosti. To preprečuje hitro segrevanje jeklenih komponent na kritične temperature med požari, preprečuje prekomerne deformacije, ki vodijo do sesutja konstrukcije, in s tem pridobi dragocen čas za gašenje požara in varno evakuacijo, kar zmanjša -izgube zaradi požara.

Metode toplotne pregrade
Metode toplotne pregrade, razvrščene glede na ognjevarne premaze in materiale za inkapsulacijo, vključujejo tehnike pršenja in inkapsulacije. Metoda pršenja ščiti komponente s premazovanjem ali brizganjem ognjevarnih premazov. Metodo inkapsulacije lahko nadalje razdelimo na votlo inkapsulacijo in trdno inkapsulacijo.

Metoda pršenja

Običajno se ognjevarni premazi nanesejo ali razpršijo na jeklene površine, da se tvori -odporna toplotnoizolacijska plast, ki poveča stopnjo požarne odpornosti jeklenih konstrukcij. Ta metoda ponuja preprosto konstrukcijo, majhno težo, podaljšano trajanje požarne odpornosti in ni omejena z geometrijsko obliko jeklenih komponent. Ponuja dobro stroškovno-učinkovitost in praktičnost, zaradi česar se široko uporablja. Ognjevarni premazi za jeklene konstrukcije so na voljo v različnih vrstah, ki so na splošno razvrščeni v dva razreda: tanko-slojski premazi razreda B (tj. intumescentni ognjevarni premazi za jeklene konstrukcije) in debeli-slojski premazi razreda H.

Ognjevarni premazi razreda B imajo običajno debelino nanosa 2-7 mm. Njihov osnovni material je organska smola, ki zagotavlja nekaj dekorativnega učinka, medtem ko se širi in zgosti pri visokih temperaturah. Njihova požarna odpornost lahko doseže 0,5 do 1,5 ure. Ognjevarni premazi za tanko-plastno jekleno strukturo imajo tanek premaz, majhno težo in dobro odpornost na vibracije. Za izpostavljene notranje jeklene konstrukcije in lahke strešne jeklene konstrukcije, kjer je določena požarna odpornost 1,5 ure ali manj, se priporočajo ognjevarni premazi za tanko{11}}jeklene konstrukcije. Ognjevarni premazi tipa H- imajo običajno debelino nanosa od 8 do 50 mm in imajo zrnato površino. Sestavljeni so predvsem iz anorganskih toplotnoizolacijskih materialov, imajo nizko gostoto in toplotno prevodnost. Ocene požarne odpornosti lahko dosežejo 0,5 do 3,0 ure. Debel{20}}strukturni ognjevarni premazi so na splošno negorljivi, odporni na staranje in nudijo zanesljivo vzdržljivost. Za skrite notranje jeklene konstrukcije, visoko{23}}vse-jeklene konstrukcije in več-jeklene konstrukcije industrijskih obratov, ki zahtevajo požarno odpornost 1,5 ure ali več, je treba izbrati debeloslojne strukturne ognjevarne premaze.

Metoda enkapsulacije

1) Metoda votle inkapsulacije: Običajno uporablja ognjevarne plošče ali ognjevzdržne opeke za oblaganje jeklenih komponent vzdolž njihovega zunanjega oboda. Večina jeklenih konstrukcij v domačih petrokemičnih obratih za zaščito jeklenih komponent uporablja ognjevarno opeko. Ta metoda ponuja visoko trdnost in odpornost na udarce, vendar ima pomanjkljivosti, vključno z velikimi prostorskimi zahtevami in zapleteno konstrukcijo. Uporaba lahkih ognjevarnih plošč, kot so vlakno-ojačene cementne plošče, mavčne plošče ali vermikulitne plošče kot ognjevarne zunanje plasti. Metoda škatlastega-ohišja za velike jeklene komponente ponuja prednosti, vključno z gladkimi in ravnimi končnimi površinami, nizkimi stroški, minimalno izgubo materiala, brez onesnaževanja okolja in odpornostjo proti staranju, kar predstavlja obetavne možnosti za široko uporabo.

2) Metoda trdnega ohišja: Običajno vključuje oblaganje jeklenih komponent z vlivanjem betona, da se popolnoma zaprejo. Ta metoda je bila uporabljena za jeklene stebre v svetovnem finančnem centru Pudong v Šanghaju. Njegove prednosti vključujejo visoko trdnost in odpornost na udarce, slabosti pa vključujejo veliko prostora, ki ga zavzema betonska zaščitna plast, in relativno zapleteno konstrukcijo, zlasti na jeklenih nosilcih in nosilcih.

Metode vodnega hlajenja

Metode vodnega hlajenja vključujejo hlajenje z vodnim pršenjem in hlajenje z vodo-.

Hlajenje z vodnim pršenjem
Hlajenje z vodnim pršenjem vključuje namestitev avtomatskih ali ročnih brizgalnih sistemov nad jekleno konstrukcijo. Med požarom aktiviranje brizgalk tvori neprekinjen vodni film na površini jekla. Ko plameni dosežejo jekleno površino, voda, ki izhlapeva, absorbira toploto, zaradi česar konstrukcija odloži doseganje mejne temperature. Ta metoda je bila izvedena v zgradbi gradbenega inženirstva na univerzi Tongji.

Vodno-hlajenje

Hlajenje-napolnjeno z vodo vključuje polnjenje votlih jeklenih elementov z vodo. Voda, ki kroži v jekleni konstrukciji, absorbira toploto, ki jo ustvari samo jeklo, kar omogoča strukturi ohranjanje nižjih temperatur med požarom in preprečuje izgubo-nosilnosti zaradi čezmernega segrevanja. Za preprečevanje korozije in zmrzovanja mora voda vsebovati zaviralce rje in sredstva proti zmrzovanju. Ta metoda je bila uporabljena za jeklene stebre v 64-nadstropni stavbi US Steel Building v Pittsburghu v ZDA.

Metode toplotne izolacije uporabljajo materiale za{0}}blokiranje toplote, da upočasnijo prenos toplote na komponente jeklene konstrukcije. Na splošno nudi izolacija boljšo ekonomsko upravičenost in praktičnost, zaradi česar je široko uporabljena v dejanskih inženirskih aplikacijah. Medtem ko je vodno hlajenje učinkovit ukrep za zaščito pred požarom, so posebne zahteve glede strukturne zasnove in višji stroški omejili njegovo široko uporabo v inženirski praksi.

Ker se toplotna izolacija pogosto uporablja pri požarni zaščiti jeklenih konstrukcij, se naslednji razdelek osredotoča na primerjavo prednosti in slabosti metod premazovanja z razprševanjem in inkapsulacije v okviru ukrepov toplotne izolacije.

Požarna odpornost

Kar zadeva požarno odpornost, je metoda inkapsulacije boljša od metode premazovanja z razprševanjem. Inkapsulacijski materiali, kot so beton in ognjevzdržne opeke, imajo večjo požarno odpornost v primerjavi z običajnimi ognjevarnimi premazi. Poleg tega požarna odpornost novih ognjevarnih plošč presega ognjevarne premaze. Njihova meja požarne odpornosti je bistveno višja kot pri ognjevarnih izolacijskih materialih enake debeline za jeklene konstrukcije in celo presega mejo intumescentnih ognjevarnih premazov.

Vzdržljivost

Inkapsulacijski materiali, kot je beton, izkazujejo vrhunsko vzdržljivost in so odporni na poslabšanje delovanja skozi čas. Trajnost ostaja nerešen izziv za ognjevarne premaze za jeklene konstrukcije. Organski{2}}tanki in ultra{3}}tanki ognjevarni premazi, ne glede na to, ali so naneseni v zaprtih prostorih ali na prostem, lahko pride do razgradnje, degradacije ali staranja njihovih organskih komponent. To vodi do luščenja premaza, prahu ali izgube protipožarnih lastnosti.

Izvedljivost

Nanos pršila za požarno zaščito jekla je preprost in ne zahteva zapletenih orodij. Vendar premazi,-naneseni s pršenjem, nudijo slab nadzor kakovosti-odstranjevanje rje, debelino premaza in vlažnost okolja je težko nadzorovati. Metode inkapsulacije so bolj zapletene, zlasti za nosilce in nosilce, vendar zagotavljajo vrhunsko nadzorovanje in dosledno kakovost. Meje požarne odpornosti je mogoče natančno nadzorovati s prilagajanjem debeline materiala za inkapsulacijo.

Vpliv na okolje

Nanos s pršenjem onesnažuje okolje med gradnjo, še posebej, ker lahko pri visokih temperaturah nastajajo škodljivi plini. Metode inkapsulacije ne proizvajajo strupenih emisij med gradnjo, normalno uporabo ali v požarnih razmerah, kar koristi varovanju okolja in varnosti osebja med požari.

Ekonomija

Metodo pršenja odlikuje preprosta konstrukcija, kratko trajanje projekta in nizki stroški gradnje. Vendar so ognjevarni premazi dragi, stroški vzdrževanja pa visoki zaradi težav, kot je staranje premaza. Metoda ovijanja ima višje stroške gradnje, vendar uporablja poceni materiale in povzroča nizke stroške vzdrževanja. Na splošno je metoda ovijanja boljša gospodarska učinkovitost.

Uporabnost

Metoda pršenja ni omejena z geometrijo komponent in se pogosto uporablja za zaščito nosilcev, stebrov, talnih plošč, strešnih konstrukcij in drugih komponent. Posebej je primeren za požarno zaščito v prostorskih strukturnih sistemih, kot so lahke jeklene konstrukcije, prostorske okvirne konstrukcije in nepravilne jeklene konstrukcije. Metoda ovijanja vključuje zapleteno konstrukcijo, zlasti za komponente, kot so jekleni nosilci in nosilci. Na splošno se pogosteje uporablja za stebre in ima manj obsežen obseg uporabe kot metoda pršenja.

Zasedenost prostora

Ognjevarni premazi, ki se uporabljajo pri nanašanju s pršenjem, zavzamejo minimalno prostornino, medtem ko materiali za inkapsulacijo, kot sta beton in ognjevarna opeka, porabijo prostor in zmanjšajo uporabno površino. Poleg tega so materiali za inkapsulacijo znatno težji.

Na podlagi zgornje analize je mogoče sklepati naslednje:

1) Pri izbiri protipožarnih ukrepov za jeklene konstrukcije je treba upoštevati več dejavnikov, vključno z vrsto elementa, težavnostjo konstrukcije, zahtevami glede kakovosti, potrebami po trajnosti in ekonomsko učinkovitostjo;

2) Če primerjamo metode nanašanja z razprševanjem in inkapsulacije, nanos z razprševanjem ponuja predvsem prednosti pri poenostavljenih tehnikah gradnje in minimalni spremembi videza komponent po-nanosu. Enkapsulacija ponuja predvsem prednosti v nižjih stroških, vrhunski požarni odpornosti in trajnosti;

3) Vsak ukrep za zaščito pred požarom ima različne prednosti in omejitve. V inženirskih aplikacijah lahko združevanje več ukrepov izkoristi njihove prednosti in nadomesti pomanjkljivosti. Z izvajanjem različnih ukrepov lahko vzpostavimo večplastno protipožarno zaščito.