Hogyan lehet tűzálló acélszerkezeteket?

Az acélszerkezeteknek van egy kritikus gyengesége: gyenge tűzállóság. Annak biztosítására, hogy az acélszerkezetek szilárdságukat és merevségüket hosszú ideig megőrizzék tüzek alatt, megóvva az életeket és a tulajdont, a gyakorlati mérnöki projektekben gyakran többféle tűzvédelmi intézkedést hajtanak végre.

Ez a cikk részletezi a különféle tűzvédelmi intézkedéseket az alapelveik alapján, és összehasonlítja előnyeiket és hátrányaikat.

Az acélszerkezetű tűzvédelmi intézkedések alapelv szerint két kategóriába sorolhatók: hőszigetelési módszerek és vízhűtési módszerek. Közös céljuk annak biztosítása, hogy az alkatrészek meghatározott időn belül ne lépjék túl kritikus hőmérsékletüket. A megkülönböztetés a megközelítésben rejlik: a hőszigetelési módszerek megakadályozzák a hőátadást az alkatrészek felé, míg a vízhűtéses módszerek lehetővé teszik, hogy a hő elérje az alkatrészeket, majd elvezesse azt a cél elérése érdekében.

Az acélszerkezet tűzállósági besorolása arra az időtartamra vonatkozik, ameddig tűzálló a szabványos tűzvizsgálat során, a tűznek való kitettség pillanatától a stabilitás, integritás vagy hőszigetelés elvesztéséig mérve.

Fontos megjegyezni, hogy bár maga az acél nem gyullad meg és nem ég, tulajdonságait jelentősen befolyásolja a hőmérséklet. 250 fokban az acél ütésállósága csökken; 300 fok felett pedig jelentősen csökken a folyáshatár és a végső szilárdság. A tényleges tüzeknél, állandó terhelési viszonyok mellett, 500 fok körül van az a kritikus hőmérséklet, amelynél az acélszerkezetek elveszítik statikus egyensúlyi stabilitását, míg a tipikus tűzhőmérséklet eléri a 800-1000 fokot. Következésképpen magas tűzhőmérsékleten az acélszerkezetek gyorsan képlékeny deformáción mennek keresztül, ami helyi tönkremenetelhez vezet, és végül az egész szerkezet összeomlásához és meghibásodásához vezet.

Az acélszerkezeteknek tűzvédelmi intézkedéseket kell tartalmazniuk a megfelelő tűzállósági besorolás biztosítása érdekében. Ez megakadályozza az acél alkatrészek gyors kritikus hőmérsékletre való felmelegedését tűz esetén, elkerüli a szerkezet összeomlásához vezető túlzott deformációt, és ezáltal értékes időt nyer a tűzoltásra és a biztonságos evakuálásra, minimalizálva a tűzzel kapcsolatos veszteségeket.

Thermal Barrier módszerek
A tűzálló bevonatok és kapszulázó anyagok szerint osztályozott hőzáró módszerek közé tartoznak a permetezési és kapszulázási technikák. A permetezési módszer tűzálló bevonatok bevonásával vagy szórásával védi az alkatrészeket. A kapszulázási módszer tovább osztható üreges kapszulázásra és szilárd kapszulázásra.

Permetezési módszer

Jellemzően tűzálló bevonatokat visznek fel vagy permeteznek az acélfelületekre, hogy tűzálló hőszigetelő réteget képezzenek-, ami javítja az acélszerkezetek tűzállósági besorolását. Ez a módszer egyszerű felépítést, könnyű súlyt, hosszabb tűzállósági időt kínál, és nem korlátozza az acél alkatrészek geometriai alakja. Jó költséghatékonyságot- és praktikusságot kínál, így széles körben alkalmazzák. Az acélszerkezetű tűzálló bevonatok különböző típusúak, és nagyjából két osztályba sorolhatók: B osztályú vékony{5}}rétegbevonatok (azaz acélszerkezetű, duzzadó tűzálló bevonatok) és H osztályú vastag{8}filmbevonatok.

A B osztályú tűzálló bevonatok jellemzően 2-7 mm vastagságúak. Alapanyaguk szerves gyanta, amely némi dekoratív hatást biztosít, miközben magas hőmérsékleten tágul és sűrűsödik. Tűzállóságuk elérheti a 0,5-1,5 órát. A vékony-filmes acélszerkezetű tűzálló bevonatok vékony bevonattal, könnyű súlyukkal és jó rezgésállósággal rendelkeznek. A 1,5 órás vagy annál kisebb tűzállósági besorolással rendelkező beltéri acélszerkezetek és könnyű tetőacélszerkezetek esetén vékony{11}}filmacélszerkezetű tűzálló bevonat javasolt. A H- típusú tűzálló bevonatok jellemzően 8-50 mm vastagságúak, és szemcsés felülettel rendelkeznek. Elsősorban szervetlen hőszigetelő anyagokból állnak, alacsony sűrűséggel és hővezető képességgel rendelkeznek. A tűzállósági besorolások elérhetik a 0,5-3,0 órát. A vastag{20}}filmes szerkezeti tűzálló bevonatok általában nem éghetőek, ellenállnak az öregedésnek, és megbízható tartósságot biztosítanak. Rejtett beltéri acélszerkezetekhez, magas -szintes minden-acélszerkezetekhez és több-szintes ipari üzemi acélszerkezetekhez, amelyeknél legalább 1,5 órás tűzállósági besorolás szükséges, vastagrétegű szerkezeti tűzálló bevonatokat kell választani.

Kapszulázási módszer

1) Üreges kapszulázási módszer: Jellemzően tűzálló táblákat vagy tűzálló téglákat használnak az acél alkatrészek külső kerületük mentén történő burkolására. A hazai petrolkémiai üzemekben a legtöbb acélszerkezet tűzálló téglafalazatot használ az acél alkatrészek védelmére. Ez a módszer nagy szilárdságot és ütésállóságot kínál, de vannak hátrányai, beleértve a jelentős helyigényt és a bonyolult felépítést. Könnyű tűzálló panelek, például szál{4}}erősítésű cementlapok, gipszkarton lapok vagy vermikulit lapok használata tűzálló külső rétegként. A nagy acélelemek dobozos-bezárási módszere olyan előnyöket kínál, mint a sima és sík felületek, az alacsony költség, a minimális anyagveszteség, a környezetszennyezés hiánya és az öregedésállóság, ami ígéretes kilátásokat kínál a széles körű elterjedésre.

2) Szilárd burkolat módszer: Általában az acél alkatrészek burkolását jelenti beton öntéssel, hogy teljesen bezárják őket. Ezt a módszert használták a sanghaji Pudong World Financial Center acéloszlopainál. Előnyei közé tartozik a nagy szilárdság és ütésállóság, de hátrányai közé tartozik a beton védőréteg által elfoglalt jelentős hely és a viszonylag bonyolult felépítés, különösen acélgerendákon és merevítőkön.

Vízhűtési módszerek

A vízhűtési módszerek közé tartozik a vízpermetes hűtés és a vízzel{0}}töltött hűtés.

Vízpermetes hűtés
A vízpermetes hűtés az acélszerkezet fölé automatikus vagy kézi locsolórendszerek telepítését jelenti. Tűz esetén a sprinklerek működésbe léptetése folytonos vízréteget képez az acél felületén. Amikor a lángok elérik az acélfelületet, a párolgó víz hőt vesz fel, így késlelteti a szerkezet határhőmérsékletének elérését. Ezt a módszert a Tongji Egyetem Építőmérnöki épületében alkalmazták.

Vízzel-töltött hűtés

A vízzel{0}}töltött hűtés az üreges acélelemek vízzel való feltöltését jelenti. Az acélszerkezetben keringő víz elnyeli maga az acél által termelt hőt, lehetővé téve, hogy a szerkezet alacsonyabb hőmérsékletet tartson fenn tűz alatt, és megakadályozza a teherbíró képesség elvesztését a túlmelegedés miatt. A korrózió és a fagyás elkerülése érdekében a víznek rozsdagátlókat és fagyálló szereket kell tartalmaznia. Ezt a módszert alkalmazták a 64 emeletes US Steel Building acéloszlopainál Pittsburgh-ben (USA).

A hőszigetelési módszerek hőszigetelő anyagokat{0}}használnak, hogy lelassítsák a hő átadását az acél szerkezeti elemekhez. Összességében a szigetelés jobb gazdasági életképességet és praktikusságot kínál, így széles körben alkalmazzák a tényleges mérnöki alkalmazásokban. Míg a vízhűtés hatékony tűzvédelmi intézkedés, speciális szerkezeti tervezési követelményei és magasabb költségei korlátozzák a mérnöki gyakorlatban való széles körű alkalmazását.

Mivel a hőszigetelést széles körben alkalmazzák az acélszerkezetek tűzvédelmében, a következő rész a hőszigetelési intézkedéseken belüli permetezési és kapszulázási módszerek előnyeinek és hátrányainak összehasonlítására összpontosít.

Tűzállóság

A tűzállóság tekintetében a kapszulázási módszer felülmúlja a permetezési eljárást. A kapszulázó anyagok, mint például a beton és a tűzálló tégla, a hagyományos tűzálló bevonatokhoz képest kiváló tűzállóságot mutatnak. Ezenkívül az új tűzálló panelek tűzállósága meghaladja a tűzálló bevonatokét. Tűzállósági határuk lényegesen nagyobb, mint az acélszerkezetek azonos vastagságú tűzálló szigetelőanyagaié, sőt meghaladja a duzzadó tűzálló bevonatokét is.

Tartósság

A kapszulázó anyagok, mint például a beton, kiváló tartósságot mutatnak, és ellenállnak a teljesítmény időbeli romlásának. A tartósság továbbra is megoldatlan kihívást jelent az acélszerkezetű tűzálló bevonatok számára. A szerves-alapú vékony és ultra-vékony tűzálló bevonatok, akár beltéren, akár kültéren alkalmazzák, előfordulhat, hogy szerves összetevőik lebomlanak, lebomlanak vagy elöregednek. Ez a bevonat leválásához, porosodásához vagy a tűzálló tulajdonságok elvesztéséhez vezet.

Megmunkálhatóság

Az acél tűzvédelmi permetezése egyszerű, nem igényel bonyolult szerszámokat. A permetezett-bevonatok azonban rossz minőségellenőrzést tesznek lehetővé,-a rozsda eltávolítása, a bevonat vastagsága és a környezet páratartalma nehezen kezelhető. A tokozási módszerek bonyolultabbak, különösen a merevítők és gerendák esetében, de kiváló irányíthatóságot és egyenletes minőséget biztosítanak. A tűzállósági határértékek pontosan szabályozhatók a tokozási anyag vastagságának beállításával.

Környezeti hatás

A permetezés az építés során szennyezi a környezetet, különösen mivel magas hőmérsékleten káros gázok szabadulhatnak fel. A kapszulázási módszerek nem okoznak mérgező kibocsátást az építkezés, a normál használat vagy a tűz körülményei között, ami javítja a környezet védelmét és a személyzet biztonságát tűz esetén.

Közgazdaságtan

A permetezési módszer egyszerű felépítéssel, rövid projektidővel és alacsony építési költséggel rendelkezik. A tűzálló bevonatok azonban drágák, és a karbantartási költségek magasak az olyan problémák miatt, mint a bevonat elöregedése. A csomagolási módszer magasabb építési költségekkel jár, de olcsó anyagokat használ, és alacsony karbantartási költségekkel jár. Összességében a csomagolási módszer jobb gazdasági hatékonyságot kínál.

Alkalmazhatóság

A permetezési módszert nem korlátozza az alkatrészek geometriája, és széles körben használják gerendák, oszlopok, födémek, tetőszerkezetek és egyéb alkatrészek védelmére. Különösen alkalmas térszerkezeti rendszerek, például könnyű acélszerkezetek, térvázszerkezetek és szabálytalan acélszerkezetek tűzvédelmére. A tekercselési módszer összetett felépítést foglal magában, különösen az olyan alkatrészek esetében, mint az acélgerendák és merevítők. Általában gyakrabban használják oszlopokhoz, és kevésbé széles körű alkalmazási körrel rendelkezik, mint a permetezési módszer.

Területfoglalás

A permetezéshez használt tűzálló bevonatok minimális térfogatot foglalnak el, míg a kapszulázó anyagok, mint a beton és a tűzálló tégla, helyet foglalnak, csökkentve a használható területet. Ezenkívül a kapszulázó anyagok lényegesen nehezebbek.

A fenti elemzés alapján a következő következtetések vonhatók le:

1) Az acélszerkezetek tűzvédelmi intézkedéseinek kiválasztásánál több tényezőt is figyelembe kell venni, beleértve a tag típusát, a konstrukció nehézségeit, a minőségi követelményeket, a tartóssági igényeket és a gazdasági hatékonyságot;

2) Összehasonlítva a permetezési felhordás és a kapszulázási módszereket, a permetezés elsősorban az egyszerűsített építési technikák előnyeit kínálja, és az alkatrész megjelenésének minimális változása a felhordás után. A tokozás elsősorban az alacsonyabb költség, a kiváló tűzállóság és a tartósság előnyeit kínálja;

3) Minden tűzvédelmi intézkedésnek külön erősségei és korlátai vannak. A mérnöki alkalmazásokban több intézkedés kombinálása kiaknázhatja azok előnyeit és kompenzálhatja a hiányosságokat. Különböző intézkedések végrehajtása több rétegű tűzvédelem kialakítását eredményezheti.