Jak na ohnivzdorné ocelové konstrukce?

Ocelové konstrukce mají kritickou slabinu: špatnou požární odolnost. Aby se zajistilo, že si ocelové konstrukce udrží svou pevnost a tuhost po dlouhou dobu během požárů, ochrání životy a majetek, v praktických inženýrských projektech se často implementují různá protipožární opatření.

Tento článek podrobně popíše různá protipožární opatření na základě jejich základních principů a porovná jejich výhody a nevýhody.

Protipožární opatření ocelových konstrukcí spadají na základě principu do dvou kategorií: metody tepelné izolace a metody chlazení vodou. Jejich společným cílem je zajistit, aby komponenty nepřekročily svou kritickou teplotu ve stanoveném časovém rámci. Rozdíl spočívá v přístupu: metody tepelné izolace zabraňují přenosu tepla na součásti, zatímco metody vodního chlazení umožňují, aby se teplo dostalo ke součástem a poté je rozptýlilo, aby bylo dosaženo cíle.

Hodnocení požární odolnosti ocelové konstrukce se vztahuje k době, po kterou odolává požáru během standardní požární zkoušky, měřeno od okamžiku, kdy je vystavena ohni, dokud neztratí stabilitu, integritu nebo tepelnou izolaci.

Je důležité si uvědomit, že zatímco samotná ocel se nevznítí ani nehoří, její vlastnosti jsou výrazně ovlivněny teplotou. Při 250 stupních se rázová houževnatost oceli snižuje; a nad 300 stupňů se jeho mez kluzu a mez pevnosti výrazně snižují. Při skutečných požárech s konstantními podmínkami zatížení je kritická teplota, při které ocelové konstrukce ztrácejí stabilitu statické rovnováhy, kolem 500 stupňů, zatímco typické požární teploty dosahují 800–1000 stupňů. V důsledku toho ocelové konstrukce pod vysokými teplotami požáru rychle podléhají plastické deformaci, což vede k lokalizovanému selhání a nakonec způsobí kolaps a selhání celé konstrukce.

Ocelové konstrukce musí obsahovat protipožární opatření, aby byla zajištěna dostatečná požární odolnost. Tím se zabrání rychlému zahřátí ocelových součástí na kritické teploty během požárů, zabrání se nadměrné deformaci vedoucí ke zhroucení konstrukce, a tím se získá cenný čas na hašení požáru a bezpečnou evakuaci, čímž se minimalizují ztráty související s požárem-.

Metody tepelné bariéry
Metody tepelné bariéry, kategorizované podle ohnivzdorných povlaků a zapouzdřovacích materiálů, zahrnují techniky postřiku a zapouzdření. Metoda nástřiku chrání součásti nátěrem nebo nástřikem ohnivzdorných nátěrů. Způsob zapouzdření lze dále rozdělit na duté zapouzdření a plné zapouzdření.

Sprejová metoda

Ohnivzdorné nátěry se obvykle aplikují nebo stříkají na ocelové povrchy, aby vytvořily ohnivzdornou{0}}tepelně izolační vrstvu, která zvyšuje požární odolnost ocelových konstrukcí. Tato metoda nabízí jednoduchou konstrukci, nízkou hmotnost, prodlouženou dobu požární odolnosti a není omezena geometrickým tvarem ocelových součástí. Nabízí dobrou nákladovou-efektivitu a praktičnost, díky čemuž je široce používán. Ohnivzdorné nátěry ocelové konstrukce se dodávají v různých typech, které jsou obecně rozděleny do dvou tříd: tenkovrstvé povlaky třídy B (tj. bobtnající ohnivzdorné povlaky ocelové konstrukce) a tlustovrstvé povlaky třídy H-.

Ohnivzdorné nátěry třídy B mají obvykle tloušťku nátěru 2-7 mm. Jejich základním materiálem je organická pryskyřice, která poskytuje určitý dekorativní efekt a zároveň expanduje a houstne při vysokých teplotách. Jejich požární odolnost může dosáhnout 0,5 až 1,5 hodiny. Ohnivzdorné povlaky z tenkých-ocelových konstrukcí se vyznačují tenkým povlakem, nízkou hmotností a dobrou odolností proti vibracím. Pro nechráněné vnitřní ocelové konstrukce a lehké střešní ocelové konstrukce, kde je specifikována požární odolnost 1,5 hodiny nebo méně, se doporučují tenkovrstvé protipožární nátěry ocelových konstrukcí. Ohnivzdorné povlaky typu H- mají obvykle tloušťku povlaku 8 až 50 mm a mají zrnitý povrch. Skládají se především z anorganických tepelně izolačních materiálů, vyznačují se nízkou hustotou a tepelnou vodivostí. Hodnoty požární odolnosti mohou dosáhnout 0,5 až 3,0 hodiny. Silnovrstvé strukturální protipožární nátěry jsou obecně-nehořlavé, odolné vůči stárnutí a nabízejí spolehlivou trvanlivost. U skrytých vnitřních ocelových konstrukcí, výškových-všech{24}ocelových konstrukcí a více-ocelových konstrukcí průmyslových závodů, které vyžadují odolnost proti ohni 1,5 hodiny nebo vyšší, by měly být vybrány silnovrstvé strukturální protipožární nátěry.

Metoda zapouzdření

1) Metoda dutého zapouzdření: Obvykle se používají ohnivzdorné desky nebo žáruvzdorné cihly k zapouzdření ocelových součástí podél jejich vnějšího obvodu. Většina ocelových konstrukcí v domácích petrochemických závodech využívá k ochraně ocelových součástí zdivo z žáruvzdorných cihel. Tato metoda nabízí vysokou pevnost a odolnost proti nárazu, ale má nevýhody včetně značných prostorových požadavků a složité konstrukce. Použití lehkých žáruvzdorných panelů, jako jsou vláknité-cementové desky, sádrokartonové desky nebo vermikulitové desky jako ohnivzdorné vnější vrstvy. Metoda skříňového-uzavření velkých ocelových součástí nabízí výhody včetně hladkých a plochých povrchů, nízké ceny, minimálních ztrát materiálu, žádného znečištění životního prostředí a odolnosti proti stárnutí, což představuje slibné vyhlídky na široké přijetí.

2) Metoda pevného uzavření: Obvykle zahrnuje zapouzdření ocelových součástí zalitím betonem, aby byly zcela zapouzdřeny. Tato metoda byla použita pro ocelové sloupy ve Světovém finančním centru Pudong v Šanghaji. Mezi jeho přednosti patří vysoká pevnost a odolnost proti nárazu, k nevýhodám však patří značný prostor zabraný betonovou ochrannou vrstvou a poměrně složitá konstrukce, zejména u ocelových nosníků a výztuh.

Způsoby chlazení vodou

Mezi metody vodního chlazení patří chlazení vodní sprchou a chlazení naplněné vodou-.

Chlazení vodním sprejem
Chlazení vodní sprchou zahrnuje instalaci automatických nebo manuálních sprinklerových systémů nad ocelovou konstrukcí. Během požáru se aktivací sprinklerů vytvoří na povrchu oceli souvislý vodní film. Když plameny dosáhnou ocelového povrchu, odpařující se voda absorbuje teplo a zpožďuje konstrukci dosažení její mezní teploty. Tato metoda byla implementována v budově stavebního inženýrství na Tongji University.

Chlazení-vodou

Chlazení vodou-zahrnuje plnění dutých ocelových prvků vodou. Cirkulující voda v ocelové konstrukci pohlcuje teplo generované samotnou ocelí, což umožňuje konstrukci udržovat nižší teploty při požáru a předcházet ztrátě-únosnosti v důsledku nadměrného zahřívání. Aby se zabránilo korozi a zamrzání, musí voda obsahovat inhibitory koroze a nemrznoucí prostředky. Tato metoda byla použita pro ocelové sloupy v 64patrové budově US Steel Building v Pittsburghu v USA.

Metody tepelné izolace využívají tepelně-blokující materiály ke zpomalení přenosu tepla na ocelové konstrukční součásti. Celkově izolace nabízí lepší ekonomickou životaschopnost a praktičnost, díky čemuž je široce používána ve skutečných technických aplikacích. Zatímco vodní chlazení je účinným protipožárním opatřením, jeho specializované konstrukční požadavky a vyšší náklady omezily jeho široké uplatnění v technické praxi.

Vzhledem k tomu, že tepelná izolace je široce používána v požární ochraně ocelových konstrukcí, je následující část zaměřena na srovnání výhod a nevýhod metod stříkání a zapouzdření v rámci tepelně izolačních opatření.

Požární odolnost

Z hlediska požární odolnosti předčí metoda zapouzdření metodu stříkání. Materiály pro zapouzdření, jako je beton a žáruvzdorné cihly, vykazují vynikající požární odolnost ve srovnání s běžnými ohnivzdornými nátěry. Navíc požární odolnost nových protipožárních panelů překonává ohnivzdorné nátěry. Jejich mez požární odolnosti je výrazně vyšší než u protipožárních izolačních materiálů stejné tloušťky u ocelových konstrukcí a dokonce překračuje limity u intumescentních protipožárních nátěrů.

Trvanlivost

Materiály pro zapouzdření, jako je beton, vykazují vynikající trvanlivost a odolávají degradaci výkonu v průběhu času. Trvanlivost zůstává nevyřešeným problémem pro protipožární nátěry ocelových konstrukcí. Organické -tenké a ultra{3}}tenké ohnivzdorné nátěry, ať už jsou aplikovány uvnitř nebo venku, mohou podléhat rozkladu, degradaci nebo stárnutí jejich organických složek. To vede k odlupování, práškování nebo ztrátě ohnivzdorných vlastností.

Zpracovatelnost

Aplikace stříkáním pro ocelovou protipožární ochranu je přímočará a nevyžaduje žádné složité nástroje. Stříkané-nátěry však nabízejí špatnou kontrolu kvality-odstranění rzi, tloušťku nátěru a vlhkost prostředí je obtížné řídit. Metody zapouzdření jsou složitější, zejména pro výztuhy a nosníky, ale poskytují vynikající ovladatelnost a konzistentní kvalitu. Limity požární odolnosti lze přesně řídit nastavením tloušťky zapouzdřeného materiálu.

Vliv na životní prostředí

Aplikace nástřikem znečišťuje životní prostředí během výstavby, zejména proto, že při vysokých teplotách se mohou uvolňovat škodlivé plyny. Metody zapouzdření neprodukují žádné toxické emise během výstavby, běžného používání nebo za podmínek požáru, což přispívá k ochraně životního prostředí a bezpečnosti personálu během požárů.

Ekonomika

Metoda stříkání se vyznačuje jednoduchou konstrukcí, krátkou dobou trvání projektu a nízkými stavebními náklady. Ohnivzdorné nátěry jsou však drahé a náklady na údržbu jsou vysoké kvůli problémům, jako je stárnutí nátěru. Způsob balení má vyšší stavební náklady, ale používá levné materiály a vyžaduje nízké náklady na údržbu. Celkově způsob balení nabízí lepší ekonomickou efektivitu.

Použitelnost

Metoda nástřiku není omezena geometrií součástí a je široce používána pro ochranu trámů, sloupů, podlahových desek, střešních konstrukcí a dalších součástí. Je zvláště vhodný pro požární ochranu v prostorových konstrukčních systémech, jako jsou lehké ocelové konstrukce, prostorové rámové konstrukce a nepravidelné ocelové konstrukce. Metoda balení zahrnuje složitou konstrukci, zejména u součástí, jako jsou ocelové nosníky a výztuhy. Obecně se častěji používá pro kolony a má méně rozsáhlý rozsah aplikací než metoda sprejování.

Obsazenost prostoru

Ohnivzdorné nátěry používané při nanášení stříkáním zabírají minimální objem, zatímco zapouzdřovací materiály, jako je beton a ohnivzdorné cihly, zabírají místo a snižují užitnou plochu. Kromě toho jsou zapouzdřovací materiály výrazně těžší.

Na základě výše uvedené analýzy lze vyvodit následující závěry:

1) Výběr protipožárních opatření pro ocelové konstrukce musí vzít v úvahu více faktorů, včetně typu prvku, konstrukční obtížnosti, požadavků na kvalitu, potřeby trvanlivosti a ekonomické účinnosti;

2) Ve srovnání s metodami nanášení stříkáním a zapouzdřením nabízí aplikace stříkáním výhody především ve zjednodušených konstrukčních technikách a minimálních změnách vzhledu součástí po-aplikaci. Zapouzdření primárně nabízí výhody v nižší ceně, vynikající požární odolnosti a trvanlivosti;

3) Každé opatření požární ochrany má své silné stránky a omezení. V inženýrských aplikacích může kombinace více opatření využít jejich příslušných výhod a kompenzovat nedostatky. Zavedením různých opatření lze vytvořit několik vrstev požární ochrany.