Как да огнеупорим стоманени конструкции?

Стоманените конструкции имат критична слабост: слаба огнеустойчивост. За да се гарантира, че стоманените конструкции запазват своята здравина и коравина за продължителни периоди от време по време на пожари, запазвайки живота и имуществото, в практическите инженерни проекти често се прилагат множество противопожарни мерки.

Тази статия ще опише подробно различни противопожарни мерки въз основа на техните основни принципи и ще сравни техните предимства и недостатъци.

Мерките за противопожарна защита на стоманената конструкция попадат в две категории въз основа на принципа: методи за топлоизолация и методи за водно охлаждане. Тяхната обща цел е да гарантират, че компонентите няма да превишат критичната си температура в рамките на определен период от време. Разликата е в подхода: методите за топлоизолация предотвратяват преноса на топлина към компонентите, докато методите за водно охлаждане позволяват топлината да достигне до компонентите и след това да я разсее, за да се постигне целта.

Степента на огнеустойчивост на стоманена конструкция се отнася до продължителността, която тя издържа на огън по време на стандартен тест за пожар, измерена от момента, в който е изложена на огън, докато загуби стабилност, цялост или топлоизолация.

Важно е да се отбележи, че докато самата стомана не се възпламенява или гори, нейните свойства се влияят значително от температурата. При 250 градуса ударната якост на стоманата намалява; и над 300 градуса, неговата граница на провлачване и крайна якост намаляват значително. При действителни пожари, с условия на постоянно натоварване, критичната температура, при която стоманените конструкции губят стабилност на статично равновесие, е около 500 градуса, докато типичните температури на пожар достигат 800–1000 градуса. Следователно, при високи температури на огън, стоманените конструкции бързо претърпяват пластична деформация, което води до локализирана повреда и в крайна сметка причинява срутване и повреда на цялата конструкция.

Стоманените конструкции трябва да включват противопожарни мерки, за да осигурят достатъчна огнеустойчивост. Това предотвратява бързото нагряване на стоманените компоненти до критични температури по време на пожари, избягва прекомерната деформация, водеща до срутване на конструкцията, и по този начин печели ценно време за пожарогасене и безопасна евакуация, минимизирайки -свързаните с пожар загуби.

Методи за термична бариера
Методите за термична бариера, категоризирани по огнеупорни покрития и материали за капсулиране, включват техники за пръскане и капсулиране. Методът на пръскане предпазва компонентите чрез нанасяне на покритие или пръскане на огнеупорни покрития. Методът на капсулиране може допълнително да бъде разделен на кухо капсулиране и твърдо капсулиране.

Метод на пръскане

Обикновено огнеупорните покрития се нанасят или напръскват върху стоманени повърхности, за да се образува -устойчив на огън топлоизолационен слой, повишаващ степента на огнеустойчивост на стоманените конструкции. Този метод предлага проста конструкция, леко тегло, удължена продължителност на огнеустойчивост и не е ограничен от геометричната форма на стоманените компоненти. Той предлага добра ценова-ефективност и практичност, което го прави широко приложим. Огнеупорните покрития за стоманени конструкции се предлагат в различни типове, широко категоризирани в два класа: тънкослойни покрития от клас B (т.е. набъбващи огнеупорни покрития от стоманени конструкции) и дебелослойни-слойни покрития от клас H.

Огнеупорните покрития от клас B обикновено имат дебелина на покритието от 2-7 mm. Техният основен материал е органична смола, осигуряваща известен декоративен ефект, докато се разширява и сгъстява при високи температури. Тяхната огнеустойчивост може да достигне от 0,5 до 1,5 часа. Огнеупорните покрития от тънкослойна стоманена конструкция се характеризират с тънко покритие, ниско тегло и добра устойчивост на вибрации. За открити стоманени конструкции на закрито и леки покривни стоманени конструкции, където е посочен рейтинг на огнеустойчивост от 1,5 часа или по-малко, се препоръчват огнеупорни покрития от тънко-стоманена конструкция. Огнеупорните покрития тип H- обикновено имат дебелина на покритието от 8 до 50 mm и показват гранулирана повърхност. Съставени предимно от неорганични топлоизолационни материали, те се отличават с ниска плътност и топлопроводимост. Огнеустойчивостта може да достигне от 0,5 до 3,0 часа. Дебел{20}}слойните структурни огнеупорни покрития обикновено са незапалими, устойчиви на стареене и предлагат надеждна издръжливост. За скрити стоманени конструкции на закрито, високи -изцяло-стоманени конструкции и много{26}}етажни стоманени конструкции на промишлени предприятия, изискващи клас на огнеустойчивост от 1,5 часа или по-висок, трябва да се изберат дебелослойни структурни огнеупорни покрития.

Метод на капсулиране

1) Метод на кухо капсулиране: Обикновено се използват огнеупорни плоскости или огнеупорни тухли за обвиване на стоманени компоненти по външния им периметър. Повечето стоманени конструкции в местните нефтохимически заводи използват огнеупорна тухлена зидария за защита на стоманени компоненти. Този метод предлага висока якост и устойчивост на удар, но има недостатъци, включително значителни изисквания за пространство и сложна конструкция. Използване на леки огнеупорни панели, като -подсилени циментови плочи, гипсови плочи или вермикулитни плочи като огнеупорни външни слоеве. Методът на кутия-заграждане на големи стоманени компоненти предлага предимства, включително гладки и плоски завършени повърхности, ниска цена, минимални загуби на материал, липса на замърсяване на околната среда и устойчивост на стареене, представяйки обещаващи перспективи за широко разпространение.

2) Метод на твърдо заграждане: Обикновено включва обвиване на стоманени компоненти чрез изливане с бетон, за да се капсулират напълно. Този метод е използван за стоманените колони в Световния финансов център Pudong в Шанхай. Предимствата му включват висока якост и устойчивост на удар, но недостатъците включват значителното пространство, заето от бетонния защитен слой и относително сложната конструкция, особено на стоманени греди и скоби.

Методи за водно охлаждане

Методите за водно охлаждане включват охлаждане с воден спрей и водно{0}}напълнено охлаждане.

Охлаждане с воден спрей
Охлаждането с воден спрей включва инсталиране на автоматични или ръчни спринклерни системи над стоманената конструкция. По време на пожар активирането на спринклерите образува непрекъснат воден филм върху стоманената повърхност. Когато пламъците достигнат стоманената повърхност, изпаряващата се вода абсорбира топлина, забавяйки достигането на граничната температура на конструкцията. Този метод е приложен в строителната сграда на университета Тонгджи.

Водно{0}}охлаждане

Водо{0}}охлаждането включва пълнене на кухи стоманени елементи с вода. Циркулиращата вода в рамките на стоманената конструкция абсорбира топлината, генерирана от самата стомана, което позволява на конструкцията да поддържа по-ниски температури по време на пожар и предотвратява загуба-на носеща способност поради прекомерно нагряване. За да се предотврати корозия и замръзване, водата трябва да съдържа инхибитори на ръждата и антифризи. Този метод е използван за стоманените колони в 64-етажната сграда US Steel Building в Питсбърг, САЩ.

Методите за топлоизолация използват термо{0}}блокиращи материали, за да забавят преноса на топлина към стоманени структурни компоненти. Като цяло изолацията предлага по-добра икономическа жизнеспособност и практичност, което я прави широко разпространена в действителните инженерни приложения. Въпреки че водното охлаждане е ефективна мярка за противопожарна защита, неговите специални изисквания към структурния дизайн и по-високите разходи ограничават широкото му приемане в инженерната практика.

Тъй като топлоизолацията се използва широко в противопожарната защита на стоманените конструкции, следващият раздел се фокусира върху сравняването на предимствата и недостатъците на методите за нанасяне на покритие и капсулиране в рамките на мерките за топлоизолация.

Огнеустойчивост

По отношение на огнеустойчивостта, методът на капсулиране превъзхожда метода на нанасяне на покритие със спрей. Материалите за капсулиране като бетон и огнеупорни тухли показват превъзходна огнеустойчивост в сравнение с конвенционалните огнеупорни покрития. Освен това огнеустойчивостта на новите огнеупорни панели надминава тази на огнеупорните покрития. Тяхната граница на огнеустойчивост е значително по-висока от тази на огнеупорните изолационни материали със същата дебелина за стоманени конструкции и дори надвишава тази на набухващите огнеупорни покрития.

Издръжливост

Материалите за капсулиране като бетона показват превъзходна издръжливост, издържайки на влошаване на производителността с течение на времето. Устойчивостта остава неразрешено предизвикателство за огнеупорните покрития на стоманените конструкции. Тънките и ултра{3}}огнеупорните покрития на органична- основа, независимо дали се прилагат на закрито или на открито, могат да претърпят разлагане, деградация или стареене на техните органични компоненти. Това води до лющене на покритието, разпрашаване или загуба на огнеупорни свойства.

Работоспособност

Нанасянето със спрей за противопожарна защита на стомана е лесно и не изисква сложни инструменти. Покритията, нанесени чрез-пръскане, обаче предлагат лош контрол на качеството-отстраняването на ръждата, дебелината на покритието и влажността на околната среда са трудни за управление. Методите на капсулиране са по-сложни, особено за скоби и греди, но осигуряват превъзходна управляемост и постоянно качество. Границите на огнеустойчивост могат да бъдат прецизно контролирани чрез регулиране на дебелината на капсулиращия материал.

Въздействие върху околната среда

Нанасянето чрез пръскане замърсява околната среда по време на строителството, особено тъй като при високи температури могат да се отделят вредни газове. Методите на капсулиране не произвеждат токсични емисии по време на строителство, нормална употреба или при условия на пожар, което благоприятства защитата на околната среда и безопасността на персонала по време на пожари.

икономика

Методът на пръскане се характеризира с проста конструкция, кратка продължителност на проекта и ниски строителни разходи. Огнеупорните покрития обаче са скъпи, а разходите за поддръжка са високи поради проблеми като стареенето на покритието. Методът на опаковане има по-високи строителни разходи, но използва евтини материали и води до ниски разходи за поддръжка. Като цяло методът на опаковане предлага по-добра икономическа ефективност.

Приложимост

Методът на пръскане не е ограничен от геометрията на компонентите и се използва широко за защита на греди, колони, подови плочи, покривни конструкции и други компоненти. Той е особено подходящ за противопожарна защита в пространствени структурни системи като леки стоманени конструкции, пространствени рамкови конструкции и неправилни стоманени конструкции. Методът на опаковане включва сложна конструкция, особено за компоненти като стоманени греди и скоби. Обикновено се използва по-често за колони и има по-малко обхват на приложение от метода на пръскане.

Заетост на пространството

Огнеупорните покрития, използвани при нанасяне със спрей, заемат минимален обем, докато капсулиращите материали като бетон и огнеупорни тухли заемат място, намалявайки използваемата площ. Освен това материалите за капсулиране са значително по-тежки.

Въз основа на горния анализ могат да се направят следните изводи:

1) Изборът на противопожарни мерки за стоманени конструкции трябва да вземе предвид множество фактори, включително тип на елемента, трудност на конструкцията, изисквания за качество, нужди за дълготрайност и икономическа ефективност;

2) Сравнявайки методите за нанасяне със спрей и капсулиране, приложението със спрей предлага предимства предимно в опростените строителни техники и минимална промяна на външния вид на компонента след-нанасянето. Капсулирането предлага предимства предимно в по-ниска цена, превъзходна огнеустойчивост и издръжливост;

3) Всяка противопожарна мярка има различни силни страни и ограничения. В инженерните приложения комбинирането на множество мерки може да използва съответните им предимства и да компенсира недостатъците. Прилагането на различни мерки може да създаде множество нива на противопожарна защита.