Las ventajas de la alta resistencia y la buena ductilidad del acero determinan que la estructura de acero tiene las características de peso ligero, buen rendimiento sísmico y gran capacidad de carga. Al mismo tiempo, la estructura de acero se puede procesar en el sitio, el ciclo de construcción es corto y el material se puede reciclar. Por lo tanto, los edificios de estructura de acero se han utilizado ampliamente en el país y en el extranjero.
Pero la estructura de acero tiene una debilidad fatal: poca resistencia al fuego. Con el fin de mantener la resistencia y la rigidez de las estructuras de acero durante mucho tiempo durante el incendio y garantizar la seguridad de la vida y los bienes de las personas, se han adoptado diversas medidas de prevención de incendios en las obras reales. según los diferentes principios de prevención de incendios, las medidas de prevención de incendios se dividen en Método de calentamiento por resistencia eléctrica y método de refrigeración por agua. El método resistente al calor también se puede dividir en método de pulverización y método de encapsulamiento (método de encapsulamiento hueco y método de encapsulamiento sólido). Los métodos de enfriamiento por agua incluyen el método de enfriamiento por pulverización y el método de enfriamiento por lavado. Este artículo detallará diversas medidas de prevención de incendios y comparará sus ventajas y desventajas.
- La resistencia al fuego y las propiedades de las estructuras de acero se refieren al tiempo en que los componentes pierden estabilidad o integridad, aislamiento y resistencia al fuego en los ensayos de resistencia al fuego estándar.
Aunque el acero en sí no se incendia ni se quema, sus propiedades se ven muy afectadas por la temperatura. Sin embargo, la resistencia al impacto del acero se redujo a 250 ° C y el punto de rendimiento y la resistencia límite se redujeron significativamente cuando se superaron los 300 ° c. En los incendios reales, la temperatura crítica para que las estructuras de acero pierdan la estabilidad del equilibrio estático es de unos 500 grados celsius, mientras que la temperatura general en el lugar del incendio puede alcanzar entre 800 y 1000 grados celsius. Por lo tanto, a altas temperaturas, la estructura de acero sufrirá una deformación plástica rápida, lo que provocará daños locales y, en última instancia, el colapso general y el fracaso de la estructura de acero. Los edificios de estructura de acero deben tomar medidas de prevención de incendios para garantizar que los edificios tengan límites de resistencia al fuego suficientes. Evitar que las estructuras de acero se caliente rápidamente a temperaturas críticas en incendios, evitar deformaciones excesivas e incluso derrumbes de edificios, ganando así un tiempo valioso para la evacuación segura de bomberos y personal, evitando o reduciendo los daños causados por incendios.
- Medidas de prevención de incendios para estructuras de acero
Las medidas de prevención de incendios de las estructuras de acero se pueden dividir en dos categorías según sus principios: una es el método de resistencia al calor y la otra es el método de refrigeración por agua. El objetivo de estas medidas es la coherencia: garantizar que la temperatura del componente no supere su temperatura crítica en el tiempo prescrito. La diferencia es que el método de bloqueo térmico evita que el calor se transmita al componente, mientras que el método de refrigeración por agua permite que el calor se transmita al componente y luego se disipe para lograr el objetivo.
2.1 Método resistente al calor
De acuerdo con la resistencia al calor de los recubrimientos ignífugos y los materiales de embalaje, los métodos resistentes al calor se dividen en métodos de pulverización y encapsulamiento. El método de pulverización protege el edificio aplicando o pulverizando recubrimientos ignífugos. El método de encapsulamiento también se puede dividir en método de encapsulamiento hueco y método de encapsulamiento sólido.
2.1.1 Método de pulverización
Por lo general, se aplica o pulveriza pintura ignífuga en la superficie del acero para formar una capa protectora ignífuga y térmica y mejorar el límite de resistencia al fuego de la estructura de acero. Este método es fácil de construir, ligero y resistente al fuego durante mucho tiempo, y no está limitado por la geometría de los componentes de acero. Tiene una buena economía y practicidad, y es ampliamente utilizado. Hay muchos tipos de recubrimientos ignífugos para estructuras de acero, que se pueden dividir aproximadamente en dos categorías: una es la pintura ignífuga de recubrimiento delgado (categoría b), también conocida como pintura ignífuga expansiva para estructuras de acero; El otro es el recubrimiento grueso (h). Pintura ignífuga de grado b, el espesor del recubrimiento es generalmente de 2 – 7 mm. El sustrato es resina orgánica, que tiene un cierto efecto decorativo y se expandirá y engrosará a altas temperaturas. El límite de resistencia al fuego puede alcanzar 0,5 – 1,5 horas. El recubrimiento ignífugo de recubrimiento delgado de la estructura de acero tiene las ventajas de recubrimiento delgado, peso ligero y buena resistencia a las vibraciones. Cuando el límite de resistencia al fuego de las estructuras de acero expuestas en el interior y las estructuras de acero de techo ligero se especifica en 1,5 horas o menos, se debe seleccionar una pintura ignífuga de estructura de acero de recubrimiento delgado. El espesor del recubrimiento de la pintura ignífuga de grado H es generalmente de 8 – 50 mm. Parece una superficie granulada. Los principales componentes son materiales inorgánicos de aislamiento térmico, de baja densidad y baja conductividad térmica. El límite de resistencia al fuego puede alcanzar 0,5 – 3,0 horas. Los recubrimientos ignífugos de recubrimiento grueso de estructuras de acero son generalmente no inflamables, resistentes al envejecimiento y tienen una durabilidad confiable. Cuando el límite de resistencia al fuego de las estructuras de acero ocultas en interiores, las estructuras de acero de gran altura y las estructuras de acero de fábrica de varias capas se estipula en más de 1,5 horas, se debe utilizar una pintura ignífuga de estructura de acero de recubrimiento grueso.
2.1.2 Método de encapsulamiento
1) método de sellado hueco: en general, se utilizan placas ignífugas o ladrillos refractarios para envolver componentes de acero a lo largo de los límites periféricos de los componentes de acero. La mayoría de las estructuras de acero de las fábricas de estructuras de acero de la industria petroquímica nacional están protegidas por componentes de acero envueltos en ladrillos refractarios de construcción. Las ventajas de este método son su alta resistencia y fuerte resistencia al impacto, pero las desventajas son su gran espacio ocupado y construcción difícil. Se utilizan placas ligeras resistentes al fuego, como placas de cemento reforzadas con fibra, placas de yeso y placas de vermut, como capas exteriores resistentes al fuego. El método de caja de componentes de acero a gran escala tiene las ventajas de una superficie decorativa plana y lisa, bajo costo, baja pérdida, sin contaminación ambiental y resistencia al envejecimiento, y tiene buenas perspectivas de promoción. 2) método de encapsulamiento sólido: generalmente, mediante el vertido de hormigón, los componentes de acero se envuelven y cierran completamente. Por ejemplo, las columnas de acero del edificio financiero mundial de Shanghai Pudong utilizaron este método. Sus ventajas son alta resistencia y resistencia al impacto, pero sus desventajas son el gran espacio ocupado por la capa protectora de hormigón y la construcción relativamente problemática, especialmente en vigas de acero y soportes inclinados.
2.2 Método de refrigeración por agua
Los métodos de enfriamiento por agua incluyen el método de enfriamiento por pulverización de agua y el método de enfriamiento por carga de agua.
2.2.1 Método de enfriamiento por chorro de agua
El método de enfriamiento por aspersión de agua es establecer un sistema de aspersión de agua automático o manual en la parte superior de la estructura de acero. Cuando se produce un incendio, el sistema de aspersores se activa para formar una película de agua continua en la superficie de la estructura de acero. Cuando la llama se extiende a la superficie de la estructura de acero, el agua se evapora y se lleva el calor, retrasando el edificio de la estructura de acero hasta su temperatura límite. El edificio de la escuela de ingeniería civil de la Universidad de Tongji ha adoptado el método de enfriamiento por aspersión de agua.
2.2.2Método de enfriamiento por llenado de agua
El método de enfriamiento por llenado de agua implica cargar agua en componentes de acero hueco. Al circular agua dentro de la estructura de acero, absorbe el calor generado por el propio acero. Por lo tanto, las estructuras de acero pueden mantener temperaturas más bajas en incendios sin perder la capacidad de carga debido al calentamiento excesivo. Para evitar la corrosión y el hielo, se deben agregar antióxido y anticongelante al agua. Las columnas de acero del edificio de acero de Estados Unidos en el piso 64 de pittsburgh, Estados unidos, se enfriaron por inyección de agua.
- La comparación de las medidas de prevención de incendios y los métodos de aislamiento térmico puede ralentizar la velocidad de transmisión de calor a los componentes estructurales a través de materiales de aislamiento térmico. En general, el método de aislamiento térmico tiene una buena economía y practicidad, y se ha utilizado ampliamente en ingeniería práctica. el método de refrigeración por agua es una medida eficaz de prevención de incendios, pero debido a sus requisitos especiales para el diseño estructural y sus altos costos, todavía no se ha promovido bien en el campo de la ingeniería.
Los métodos de aislamiento térmico son ampliamente utilizados en la prevención de incendios de estructuras de acero, por lo que a continuación se hace hincapié en la comparación de las ventajas y desventajas de los métodos de pulverización y encapsulamiento en las medidas de aislamiento térmico.
3.1Resistencia al fuego
En términos de resistencia al fuego, el método de encapsulamiento es mejor que el método de pulverización. La resistencia al fuego de los materiales de contención, como el hormigón y los ladrillos refractarios, es mejor que la de los recubrimientos ignífugos ordinarios. Además, la resistencia al fuego de la nueva placa ignífuga también es mejor que la pintura ignífuga. Su límite de resistencia al fuego es significativamente más alto que el de los materiales de aislamiento térmico ignífugo de estructura de acero del mismo espesor, o incluso más alto que el de los recubrimientos ignífugos expansivos.
3.2 Durabilidad
Debido a que los materiales de sellado como el hormigón tienen una buena durabilidad, no es fácil que el rendimiento disminuya con el tiempo; La durabilidad siempre ha sido un problema que no se puede resolver con recubrimientos ignífugos para estructuras de acero. Los recubrimientos ignífugos delgados y ultrafinos, compuestos principalmente de componentes orgánicos, pueden causar problemas de descomposición, degradación y envejecimiento, ya sea en el exterior o en el interior, lo que conduce a la descamación, pulverización o pérdida de resistencia al fuego de los recubrimientos.
3.3 Construcción
El método de pulverización para la prevención de incendios de estructuras de acero es simple y se puede aplicar sin herramientas complejas. Sin embargo, la calidad de la construcción de pulverización es menos controlable y es difícil controlar la eliminación de óxido del sustrato, el espesor del recubrimiento de la pintura ignífuga y la humedad del entorno de construcción; La construcción del método de envoltura es relativamente compleja, especialmente el soporte inclinado y las vigas de acero, pero la construcción es controlable y la calidad es fácil de garantizar. El grosor del material de sellado se puede cambiar con precisión para controlar el límite de resistencia al fuego.
3.4 Protección del medio ambiente
El método de pulverización puede contaminar el medio ambiente durante la construcción, especialmente cuando se emiten gases nocivos a altas temperaturas. El método de encapsulamiento no libera sustancias tóxicas en la construcción, el entorno de uso normal y las altas temperaturas, lo que favorece la protección del medio ambiente y la seguridad del personal durante el incendio.
3.5 Economía
El método de pulverización es simple de construir, el período de construcción es corto y el costo de construcción es bajo. Sin embargo, los recubrimientos ignífugos son caros y sus costos de mantenimiento son relativamente altos debido a las deficiencias de Envejecimiento. El costo de construcción del método de encapsulamiento es alto, pero los materiales utilizados son baratos y los costos de mantenimiento son Bajos. En general, el método de encapsulamiento tiene buenos beneficios económicos.
3.6 Aplicabilidad
El método de pulverización no está limitado por la geometría de los componentes y generalmente se utiliza para proteger varios componentes, como vigas, columnas, pisos, techos, etc. Especialmente adecuado para la prevención de incendios de estructuras de acero en sistemas estructurales espaciales como estructuras de acero ligero, estructuras de malla y estructuras de acero en forma especial. La construcción del método de envoltura es compleja, especialmente para vigas de acero, soportes inclinados y otros componentes. El método de envoltura se utiliza generalmente en columnas, y su ámbito de aplicación no es tan amplio como el método de pulverización.
3.7 Espacio ocupado
Los recubrimientos ignífugos utilizados en el método de pulverización son más pequeños, mientras que los materiales de embalaje utilizados en el método de embalaje, como el hormigón y los ladrillos ignífugos, ocupan espacio y reducen el espacio de uso. Y la calidad de los materiales de embalaje también es relativamente alta.
- Resumen
A través de la discusión, se pueden llegar a las siguientes conclusiones:
1) la adopción de medidas de prevención de incendios para estructuras de acero debe tener en cuenta el tipo de componente, la dificultad de la construcción, los requisitos de calidad de la construcción, los requisitos de durabilidad, los beneficios económicos y otros factores;
2) al comparar el método de pulverización y el método de encapsulamiento, la principal ventaja del método de pulverización es que el proceso de construcción es simple y la apariencia de los componentes después de la pulverización no cambiará significativamente. Las principales ventajas del método de encapsulamiento son el bajo costo, la buena resistencia al fuego y la durabilidad;
3) diversas medidas de prevención de incendios tienen sus propias ventajas y desventajas. En las aplicaciones de ingeniería, pueden complementarse entre sí y se pueden combinar múltiples medidas de prevención de incendios. Al tomar diferentes medidas, se pueden establecer varias líneas de prevención de incendios.
