Kā padarīt ugunsdrošas tērauda konstrukcijas?

Tērauda konstrukcijām ir kritisks vājums: slikta ugunsizturība. Lai nodrošinātu, ka tērauda konstrukcijas ilgstoši saglabā savu izturību un stingrību ugunsgrēku laikā, sargājot dzīvību un īpašumu, praktiskos inženierprojektos bieži tiek īstenoti vairāki ugunsdrošības pasākumi.

Šajā rakstā tiks detalizēti aprakstīti dažādi ugunsdrošības pasākumi, pamatojoties uz to pamatprincipiem, un salīdzinātas to priekšrocības un trūkumi.

Tērauda konstrukciju ugunsdrošības pasākumus pēc principa iedala divās kategorijās: siltumizolācijas metodes un ūdens dzesēšanas metodes. To kopējais mērķis ir nodrošināt, lai sastāvdaļas nepārsniegtu kritisko temperatūru noteiktā laika posmā. Atšķirība slēpjas pieejā: siltumizolācijas metodes novērš siltuma pārnesi uz sastāvdaļām, savukārt ūdens dzesēšanas metodes ļauj siltumam sasniegt komponentus un pēc tam to izkliedēt, lai sasniegtu mērķi.

Tērauda konstrukcijas ugunsizturības reitings attiecas uz ilgumu, kādā tā ir izturīga pret uguni standarta ugunsdrošības testa laikā, ko mēra no brīža, kad tā ir pakļauta uguns iedarbībai, līdz tā zaudē stabilitāti, integritāti vai siltumizolāciju.

Ir svarīgi atzīmēt, ka, lai gan tērauds pats neaizdegas un nedeg, tā īpašības būtiski ietekmē temperatūra. Pie 250 grādiem tērauda triecienizturība samazinās; un pārsniedzot 300 grādus, tā tecēšanas robeža un galīgā izturība ievērojami samazinās. Faktiskos ugunsgrēkos ar nemainīgiem slodzes apstākļiem kritiskā temperatūra, pie kuras tērauda konstrukcijas zaudē statiskā līdzsvara stabilitāti, ir ap 500 grādiem, bet tipiskā uguns temperatūra sasniedz 800–1000 grādus. Līdz ar to augstās ugunsgrēka temperatūrās tērauda konstrukcijas strauji deformējas, izraisot lokālu atteici un galu galā visas konstrukcijas sabrukšanu un sabojāšanos.

Tērauda konstrukcijās jāiekļauj ugunsdrošības pasākumi, lai nodrošinātu pietiekamu ugunsizturības pakāpi. Tas novērš tērauda detaļu strauju uzkaršanu līdz kritiskai temperatūrai ugunsgrēka laikā, novērš pārmērīgu deformāciju, kas izraisa konstrukcijas sabrukšanu, un tādējādi iegūst vērtīgu laiku ugunsgrēka dzēšanai un drošai evakuācijai, līdz minimumam samazinot ar ugunsgrēku saistītos zaudējumus.

Termiskās barjeras metodes
Termiskās barjeras metodes, kas iedalītas kategorijās pēc ugunsdrošiem pārklājumiem un iekapsulēšanas materiāliem, ietver izsmidzināšanas un iekapsulēšanas metodes. Izsmidzināšanas metode aizsargā sastāvdaļas, pārklājot vai izsmidzinot ugunsdrošus pārklājumus. Iekapsulēšanas metodi var iedalīt dobajā iekapsulēšanā un cietajā iekapsulēšanā.

Izsmidzināšanas metode

Parasti ugunsdrošus pārklājumus uzklāj vai izsmidzina uz tērauda virsmām, veidojot ugunsizturīgu -siltumizolācijas slāni, tādējādi uzlabojot tērauda konstrukciju ugunsizturības pakāpi. Šī metode piedāvā vienkāršu konstrukciju, vieglu svaru, pagarinātu ugunsizturības ilgumu, un to neierobežo tērauda detaļu ģeometriskā forma. Tas piedāvā labu izmaksu lietderību-un praktiskumu, padarot to plaši pielietojamu. Tērauda konstrukciju ugunsdrošie pārklājumi ir pieejami dažādos veidos, kas plaši iedalīti divās klasēs: B klases plānās -plēves pārklājumi (t. i., tērauda konstrukciju ugunsdrošie pārklājumi) un H klases biezās{8}plēves pārklājumi.

B klases ugunsdrošu pārklājumu pārklājuma biezums parasti ir 2-7 mm. To pamatmateriāls ir organiskie sveķi, kas nodrošina zināmu dekoratīvu efektu, vienlaikus izplešas un sabiezē augstā temperatūrā. To ugunsizturības reitings var sasniegt 0,5 līdz 1,5 stundas. Plānas-plēves tērauda konstrukciju ugunsdrošiem pārklājumiem ir plāns pārklājums, mazs svars un laba vibrācijas izturība. Atklātām iekštelpu tērauda konstrukcijām un vieglām jumta tērauda konstrukcijām, kuru ugunsizturības rādītājs ir 1,5 stundas vai mazāks, ieteicams izmantot plānas{11}plēves tērauda konstrukciju ugunsdrošus pārklājumus. H-tipa ugunsdrošu pārklājumu pārklājuma biezums parasti ir no 8 līdz 50 mm, un tiem ir granulēta virsma. Galvenokārt sastāv no neorganiskiem siltumizolācijas materiāliem, tiem ir zems blīvums un siltumvadītspēja. Ugunsizturības rādītāji var sasniegt 0,5 līdz 3,0 stundas. Biezās{20}}plēves ugunsdrošie pārklājumi parasti ir nedegoši, izturīgi pret novecošanos un nodrošina uzticamu izturību. Slēptām iekštelpu tērauda konstrukcijām, augstas -augststāvu-tērauda konstrukcijām un daudzstāvu rūpniecisko iekārtu tērauda konstrukcijām, kurām nepieciešama 1,5 stundu vai augstāka ugunsizturības pakāpe, ir jāizvēlas biezu kārtiņu strukturāli ugunsdroši pārklājumi.

Iekapsulēšanas metode

1) Dobu iekapsulēšanas metode: parasti izmanto ugunsdrošus dēļus vai ugunsizturīgus ķieģeļus, lai apvilktu tērauda detaļas gar to ārējo perimetru. Lielākajā daļā vietējo naftas ķīmijas rūpnīcu tērauda konstrukciju tērauda detaļu aizsardzībai tiek izmantots ugunsizturīgs ķieģeļu mūris. Šī metode nodrošina augstu izturību un triecienizturību, taču tai ir trūkumi, tostarp ievērojamas telpas prasības un sarežģīta konstrukcija. Kā ugunsdrošu ārējo slāņu izmantošana vieglus ugunsizturīgus paneļus, piemēram, šķiedru-armētas cementa plāksnes, ģipškartona plātnes vai vermikulīta plāksnes. Kastes-ierobežojuma metode lieliem tērauda komponentiem piedāvā priekšrocības, tostarp gludas un plakanas gatavās virsmas, zemas izmaksas, minimālus materiālu zudumus, vides piesārņojumu un izturību pret novecošanos, piedāvājot daudzsološas izredzes plašai ieviešanai.

2) Cietā apvalka metode: parasti ietver tērauda detaļu apvalku, ielejot betonu, lai tās pilnībā iekapsulētu. Šī metode tika izmantota tērauda kolonnām Šanhajas Pudongas Pasaules finanšu centrā. Tās priekšrocības ietver augstu izturību un triecienizturību, bet trūkumi ietver lielo betona aizsargkārtas aizņemto vietu un salīdzinoši sarežģīto konstrukciju, īpaši uz tērauda sijām un stiprinājumiem.

Ūdens dzesēšanas metodes

Ūdens dzesēšanas metodes ietver dzesēšanu ar ūdens izsmidzināšanu un dzesēšanu ar ūdeni{0}.

Ūdens izsmidzināšanas dzesēšana
Ūdens izsmidzināšanas dzesēšana ietver automātisku vai manuālu sprinkleru sistēmu uzstādīšanu virs tērauda konstrukcijas. Ugunsgrēka laikā, aktivizējot sprinklerus, uz tērauda virsmas veidojas nepārtraukta ūdens plēve. Kad liesmas sasniedz tērauda virsmu, iztvaikojošais ūdens absorbē siltumu, aizkavējot konstrukcijas robežtemperatūras sasniegšanu. Šī metode tika ieviesta Tongji universitātes Civilās inženierijas ēkā.

Ar ūdeni{0}}pildīta dzesēšana

Ar ūdeni -pildīta dzesēšana ietver dobu tērauda elementu piepildīšanu ar ūdeni. Cirkulējošais ūdens tērauda konstrukcijā absorbē siltumu, ko rada pats tērauds, ļaujot konstrukcijai saglabāt zemāku temperatūru ugunsgrēka laikā un novērst slodzes -nestspējas zudumu pārmērīgas sasilšanas dēļ. Lai novērstu koroziju un sasalšanu, ūdenim jāsatur rūsas inhibitori un antifrīza līdzekļi. Šī metode tika izmantota tērauda kolonnām 64 stāvu ASV tērauda ēkā Pitsburgā, ASV.

Siltumizolācijas metodes izmanto siltumu{0}}bloķējošus materiālus, lai palēninātu siltuma pārnesi uz tērauda konstrukciju sastāvdaļām. Kopumā izolācija piedāvā labāku ekonomisko dzīvotspēju un praktiskumu, padarot to plaši izmantotu faktiskajās inženierzinātnēs. Lai gan ūdens dzesēšana ir efektīvs ugunsdrošības pasākums, tās īpašās konstrukcijas prasības un augstākas izmaksas ir ierobežojušas tās plašo ieviešanu inženiertehniskajā praksē.

Tā kā siltumizolāciju plaši izmanto tērauda konstrukciju ugunsdrošībā, nākamajā sadaļā galvenā uzmanība ir pievērsta smidzināšanas pārklājuma un iekapsulēšanas metožu priekšrocību un trūkumu salīdzināšanai siltumizolācijas pasākumos.

Ugunsizturība

Ugunsizturības ziņā iekapsulēšanas metode pārspēj smidzināšanas pārklājuma metodi. Iekapsulēšanas materiāliem, piemēram, betonam un ugunsizturīgiem ķieģeļiem, ir augstāka ugunsizturība salīdzinājumā ar parastajiem ugunsdrošiem pārklājumiem. Turklāt jaunu ugunsdrošo paneļu ugunsizturība pārspēj ugunsdrošo pārklājumu ugunsizturību. To ugunsizturības robeža ir ievērojami augstāka nekā tāda paša biezuma ugunsizturīgiem izolācijas materiāliem tērauda konstrukcijām un pat pārsniedz pūstošos ugunsdrošos pārklājumus.

Izturība

Iekapsulēšanas materiāliem, piemēram, betonam, ir izcila izturība, kas laika gaitā iztur veiktspējas pasliktināšanos. Izturība joprojām ir neatrisināts izaicinājums tērauda konstrukciju ugunsdrošiem pārklājumiem. Uz organiskiem-balstiem plāniem un īpaši-plāniem ugunsdrošiem pārklājumiem neatkarīgi no tā, vai tie tiek lietoti telpās vai ārā, var rasties organisko komponentu sadalīšanās, degradācija vai novecošanās. Tas noved pie pārklājuma lobīšanās, pulvera veidošanās vai ugunsdrošības īpašību zuduma.

Darbspēja

Tērauda ugunsdrošības izsmidzināšana ir vienkārša, un tai nav nepieciešami sarežģīti instrumenti. Tomēr ar smidzinātāju-uzklātiem pārklājumiem ir zemas kvalitātes kontroles-rūsas noņemšana, pārklājuma biezums un vides mitrums ir grūti vadāms. Iekapsulēšanas metodes ir sarežģītākas, īpaši stiprinājumiem un sijām, taču nodrošina izcilu vadāmību un nemainīgu kvalitāti. Ugunsizturības robežas var precīzi kontrolēt, pielāgojot iekapsulēšanas materiāla biezumu.

Ietekme uz vidi

Izsmidzināšana būvniecības laikā piesārņo vidi, jo īpaši tāpēc, ka augstā temperatūrā var izdalīties kaitīgas gāzes. Iekapsulēšanas metodes nerada toksiskas emisijas būvniecības, normālas lietošanas vai ugunsgrēka apstākļos, tādējādi uzlabojot vides aizsardzību un personāla drošību ugunsgrēku laikā.

Ekonomika

Izsmidzināšanas metodei ir vienkārša konstrukcija, īss projekta ilgums un zemas būvniecības izmaksas. Tomēr ugunsdrošie pārklājumi ir dārgi, un uzturēšanas izmaksas ir augstas tādu problēmu dēļ kā pārklājuma novecošanās. Ietīšanas metodei ir augstākas būvniecības izmaksas, taču tiek izmantoti lēti materiāli un zemi uzturēšanas izdevumi. Kopumā iesaiņošanas metode piedāvā labāku ekonomisko efektivitāti.

Piemērojamība

Smidzināšanas metodi neierobežo detaļu ģeometrija, un to plaši izmanto siju, kolonnu, grīdas plātņu, jumta konstrukciju un citu sastāvdaļu aizsardzībai. Tas ir īpaši piemērots ugunsdrošībai telpiskās strukturālās sistēmās, piemēram, vieglās tērauda konstrukcijās, telpu karkasa konstrukcijās un neregulārās tērauda konstrukcijās. Ietīšanas metode ietver sarežģītu konstrukciju, īpaši tādām detaļām kā tērauda sijas un lencēm. Parasti to biežāk izmanto kolonnām, un tam ir mazāks pielietojuma klāsts nekā izsmidzināšanas metodei.

Telpas noslogojums

Ugunsdrošie pārklājumi, ko izmanto izsmidzināšanai, aizņem minimālu tilpumu, savukārt iekapsulēšanas materiāli, piemēram, betons un ugunsdrošie ķieģeļi, patērē vietu, samazinot izmantojamo platību. Turklāt iekapsulēšanas materiāli ir ievērojami smagāki.

Pamatojoties uz iepriekš minēto analīzi, var izdarīt šādus secinājumus:

1) Izvēloties ugunsdrošības pasākumus tērauda konstrukcijām, jāņem vērā vairāki faktori, tostarp elementa veids, konstrukcijas grūtības, kvalitātes prasības, ilgmūžības vajadzības un ekonomiskā efektivitāte;

2) Salīdzinot izsmidzināšanas un iekapsulēšanas metodes, izsmidzināšana galvenokārt piedāvā priekšrocības vienkāršotās būvniecības tehnikās un minimālas detaļu izskata izmaiņas pēc{1}}uzklāšanas. Iekapsulēšana galvenokārt piedāvā zemākas izmaksas, izcilu ugunsizturību un izturību;

3) Katram ugunsdrošības pasākumam ir atšķirīgas stiprās puses un ierobežojumi. Inženieru lietojumos vairāku pasākumu apvienošana var izmantot to attiecīgās priekšrocības un kompensēt trūkumus. Dažādu pasākumu īstenošana var izveidot vairākus ugunsaizsardzības līmeņus.