כיצד לחסום מבני פלדה?

למבני פלדה יש ​​חולשה קריטית: עמידות ירודה באש. כדי להבטיח שמבני פלדה ישמרו על חוזקם וקשיחותם לתקופות ממושכות במהלך שריפות, שמירה על חיים ורכוש, מיושמים לעתים קרובות אמצעי הגנה מפני אש מרובים בפרויקטים הנדסיים.

מאמר זה יפרט אמצעי מיגון אש שונים על סמך העקרונות הבסיסיים שלהם וישווה בין היתרונות והחסרונות שלהם.

אמצעי הגנה מפני אש של מבנה פלדה מתחלקים לשתי קטגוריות המבוססות על עקרונות: שיטות בידוד תרמי ושיטות קירור מים. המטרה המשותפת שלהם היא להבטיח שרכיבים לא יחרגו מהטמפרטורה הקריטית שלהם בתוך פרק זמן מוגדר. ההבחנה נעוצה בגישה: שיטות בידוד תרמי מונעות העברת חום לרכיבים, בעוד ששיטות קירור מים מאפשרות לחום להגיע לרכיבים ואז לפזר אותו להשגת המטרה.

דירוג עמידות האש של מבנה פלדה מתייחס למשך הזמן בו הוא עומד בפני אש במהלך בדיקת אש רגילה, הנמדד מרגע חשיפה לאש ועד לאיבוד יציבות, שלמות או בידוד תרמי.

חשוב לציין שבעוד שהפלדה עצמה אינה מתלקחת או נשרפת, התכונות שלה מושפעות באופן משמעותי מהטמפרטורה. ב-250 מעלות, קשיחות ההשפעה של פלדה פוחתת; ומעבר ל-300 מעלות, נקודת התפוקה והחוזק הסופי שלו יורדים באופן משמעותי. בשריפות בפועל, עם תנאי העמסה קבועים, הטמפרטורה הקריטית שבה מבני פלדה מאבדים את יציבות שיווי המשקל הסטטי היא סביב 500 מעלות, בעוד שטמפרטורות אש טיפוסיות מגיעות ל-800-1000 מעלות. כתוצאה מכך, תחת טמפרטורות אש גבוהות, מבני פלדה עוברים במהירות דפורמציה פלסטית, מה שמוביל לכשל מקומי ובסופו של דבר גורם לכל המבנה להתמוטט ולהיכשל.

מבני פלדה חייבים לשלב אמצעי הגנה מפני אש כדי להבטיח דירוג עמידות בפני אש. זה מונע חימום מהיר של רכיבי פלדה לטמפרטורות קריטיות במהלך שריפות, מונע עיוות מוגזם המוביל לקריסה מבנית, ובכך מרוויח זמן יקר לכיבוי אש ופינוי בטוח, תוך מזעור הפסדים הקשורים לשריפה-.

שיטות מחסום תרמי
שיטות מחסום תרמי, מסווגות לפי ציפויים חסיני אש וחומרי אנקפסולציה, כוללות טכניקות ריסוס ואנקפסולציה. שיטת ההתזה מגנה על רכיבים באמצעות ציפוי או התזה של ציפויים חסיני אש. ניתן לחלק את שיטת האנקפסולציה עוד יותר ל-encapsulation חלול ו-encapsulation מוצק.

שיטת ריסוס

בדרך כלל, ציפויים חסיני אש מיושמים או מרוססים על משטחי פלדה כדי ליצור שכבת בידוד תרמי עמידה בפני אש-, מה שמשפר את דירוג עמידות האש של מבני פלדה. שיטה זו מציעה בנייה פשוטה, משקל קל, משך עמידות בפני אש ממושכת ואינה מוגבלת על ידי הצורה הגיאומטרית של רכיבי פלדה. הוא מציע עלות יעילה ומעשיות-טובות, מה שהופך אותו ליישום נרחב. ציפויים חסיני אש של מבנה פלדה מגיעים בסוגים שונים, מסווגים באופן נרחב לשתי מחלקות: ציפויי סרט דק- Class B (כלומר, ציפויים חסיני אש במבנה פלדה) וציפוי סרטים עבים Class H-.

לציפויים חסיני אש מסוג B יש בדרך כלל עובי ציפוי של 2-7 מ"מ. חומר הבסיס שלהם הוא שרף אורגני, המספק אפקט דקורטיבי כלשהו תוך התרחבות ועיבוי בטמפרטורות גבוהות. דירוג עמידות האש שלהם יכול להגיע ל-0.5 עד 1.5 שעות. ציפויים חסיני אש למבנה פלדה-דקים כוללים ציפוי דק, משקל קל ועמידות טובה לרעידות. עבור מבני פלדה פנימיים חשופים ומבני פלדה גג קלים שבהם צוין דירוג עמידות אש של 1.5 שעות או פחות, מומלץ{11}}ציפוי דק של מבנה פלדה חסין אש. לציפויים חסיני אש מסוג H- יש בדרך כלל עובי ציפוי של 8 עד 50 מ"מ ומציגים משטח גרגירי. מורכבים בעיקר מחומרי בידוד תרמי אנאורגניים, הם בעלי צפיפות נמוכה ומוליכות תרמית. דירוגי עמידות בפני אש יכולים להגיע ל-0.5 עד 3.0 שעות. ציפויים מבניים-עבים חסיני אש הם בדרך כלל לא-דליקים, עמידים בפני הזדקנות ומציעים עמידות אמינה. עבור מבני פלדה פנימיים סמויים,-מבני פלדה גבוהים- ומבני פלדה מפעלים תעשייתיים מרובי-קומות הדורשים דירוג עמידות בפני אש של 1.5 שעות ומעלה, יש לבחור ציפויים מבניים חסיני אש עם סרט עבה.

שיטת אנקפסולציה

1) שיטת עטיפה חלולה: משתמשת בדרך כלל בלוחות חסיני אש או לבנים חסינות אש כדי לאטף רכיבי פלדה לאורך ההיקף החיצוני שלהם. רוב מבני הפלדה במפעלים פטרוכימיים ביתיים משתמשים בבנייה של לבנים עקשן כדי להגן על רכיבי פלדה. שיטה זו מציעה חוזק גבוה ועמידות בפני פגיעות אך יש לה חסרונות כולל דרישות שטח משמעותיות ובנייה מורכבת. שימוש בלוחות עקשן קלים כגון לוחות צמנט מחוזקים בסיבים, לוחות גבס או לוחות ורמיקוליט כשכבות חיצוניות חסינות אש. שיטת המארז-לרכיבי פלדה גדולים מציעה יתרונות הכוללים משטחי גימור חלקים ושטוחים, עלות נמוכה, אובדן חומרים מינימלי, ללא זיהום סביבתי ועמידות להזדקנות, ומציגות סיכויים מבטיחים לאימוץ נרחב.

2) שיטת מארז מוצק: בדרך כלל כוללת עטיפה של רכיבי פלדה על ידי יציקת בטון כדי לכסות אותם במלואם. שיטה זו שימשה עבור עמודי הפלדה במרכז הפיננסי העולמי פודונג בשנחאי. היתרונות שלו כוללים חוזק גבוה ועמידות בפני פגיעות, אך החסרונות כוללים את החלל המשמעותי שתופסת שכבת ההגנה הבטון ובנייה מורכבת יחסית, במיוחד על קורות פלדה ופלטה.

שיטות קירור מים

שיטות קירור מים כוללות קירור בתרסיס מים וקירור-מלא במים.

קירור תרסיס מים
קירור בהתזה מים כולל התקנת מערכות ספרינקלרים אוטומטיות או ידניות מעל מבנה הפלדה. בזמן שריפה, הפעלת הממטרות יוצרת סרט מים רציף על משטח הפלדה. כאשר להבות מגיעות למשטח הפלדה, המים המתאדים סופגים חום, ומעכבים את השגת המבנה לטמפרטורת הגבול שלו. שיטה זו יושמה בבניין ההנדסה האזרחית באוניברסיטת טונג'י.

מים-קירור מלא

קירור מלא- במים כולל מילוי של חלקי פלדה חלולים במים. מים במחזור בתוך מבנה הפלדה סופגים חום שנוצר מהפלדה עצמה, מה שמאפשר למבנה לשמור על טמפרטורות נמוכות יותר בזמן שריפה ולמנוע אובדן של כושר נשיאת עומס עקב חימום יתר. כדי למנוע קורוזיה והקפאה, המים חייבים להכיל מעכבי חלודה וחומרי נוגדי קפיאה. שיטה זו הופעלה עבור עמודי הפלדה בבניין הפלדה האמריקאי בן 64 הקומות בפיטסבורג, ארה"ב.

שיטות בידוד תרמי משתמשות בחומרים חוסמי חום- כדי להאט את העברת החום לרכיבי מבנה פלדה. בסך הכל, בידוד מציע כדאיות כלכלית ומעשיות טובים יותר, מה שהופך אותו לאמץ נרחב ביישומים הנדסיים בפועל. בעוד שקירור מים הוא אמצעי יעיל להגנה מפני אש, דרישות התכנון המבני המיוחד שלו והעלויות הגבוהות יותר הגבילו את האימוץ הנרחב שלו בפרקטיקה ההנדסית.

מאחר שבידוד תרמי נמצא בשימוש נרחב בהגנה מפני שריפות של מבנה פלדה, הסעיף הבא מתמקד בהשוואה בין היתרונות והחסרונות של שיטות ציפוי וקליפת התזה במסגרת אמצעי בידוד תרמי.

עמידות באש

מבחינת עמידות באש, שיטת האנקפסולציה עולה על שיטת הציפוי בהתזה. חומרי עטיפה כגון בטון ולבנים עקשן מפגינים עמידות בפני אש מעולה בהשוואה לציפויים קונבנציונליים חסיני אש. בנוסף, עמידות האש של לוחות חסינים אש עולה על זו של ציפויים חסיני אש. מגבלת עמידות האש שלהם גבוהה משמעותית מזו של חומרי בידוד חסיני אש באותו עובי למבני פלדה, ואף עולה על זו של ציפויים חסיני אש.

עֲמִידוּת

חומרי עטיפה כמו בטון מציגים עמידות מעולה, עמידים בפני ירידה בביצועים לאורך זמן. עמידות נותרה אתגר בלתי פתור עבור ציפויים חסיני אש של מבנה פלדה. ציפויים דקים על בסיס-אורגניים ואולטרה-דקים חסיני אש, בין אם מיושמים בבית או בחוץ, עלולים לחוות פירוק, פירוק או הזדקנות של הרכיבים האורגניים שלהם. זה מוביל להתקלפות ציפוי, אבקה או אובדן תכונות איטום אש.

יכולת עבודה

יישום ריסוס להגנה מפני אש מפלדה הוא פשוט, אינו דורש כלים מורכבים. עם זאת, ציפויים המיושמים-בהתזה מציעים בקרת איכות ירודה-הסרת חלודה, עובי הציפוי ולחות סביבתית קשים לניהול. שיטות אנקפסולציה מורכבות יותר, במיוחד עבור פלטות וקורות, אך מספקות יכולת שליטה מעולה ואיכות עקבית. ניתן לשלוט במגבלות עמידות באש במדויק על ידי התאמת עובי חומר המעטפת.

השפעה סביבתית

יישום ריסוס מזהם את הסביבה במהלך הבנייה, במיוחד מכיוון שעלולים להיפלט גזים מזיקים תחת טמפרטורות גבוהות. שיטות עטיפה אינן מייצרות פליטות רעילות במהלך בנייה, שימוש רגיל או בתנאי שריפה, מה שמועיל להגנת הסביבה ולבטיחות האדם במהלך שריפות.

כַּלְכָּלָה

שיטת הריסוס כוללת בנייה פשוטה, משך פרויקט קצר ועלויות בנייה נמוכות. עם זאת, ציפויים חסיני אש הם יקרים, ועלויות התחזוקה גבוהות עקב בעיות כמו הזדקנות הציפוי. שיטת העטיפה היא בעלת עלויות בנייה גבוהות יותר אך משתמשת בחומרים זולים וגורמת להוצאות תחזוקה נמוכות. בסך הכל, שיטת העטיפה מציעה יעילות כלכלית טובה יותר.

יָשִׂימוּת

שיטת הריסוס אינה מוגבלת על ידי גיאומטריית הרכיבים ונמצאת בשימוש נרחב להגנה על קורות, עמודים, לוחות רצפה, מבני גגות ורכיבים אחרים. הוא מתאים במיוחד להגנה מפני אש במערכות מבניות מרחביות כגון מבני פלדה קלים, מבני מסגרת חלל ומבני פלדה לא סדירים. שיטת העטיפה כוללת בנייה מורכבת, במיוחד עבור רכיבים כמו קורות פלדה ופלטה. בדרך כלל הוא נפוץ יותר עבור עמודים ויש לו מגוון רחב פחות של יישומים מאשר שיטת הריסוס.

תפוסת שטח

ציפויים חסיני אש המשמשים ביישום ריסוס תופסים נפח מינימלי, בעוד שחומרי עטיפה כמו בטון ולבנים חסינות אש צורכים מקום, ומצמצמים את השטח השימושי. בנוסף, חומרי המעטפת כבדים משמעותית.

בהתבסס על הניתוח לעיל, ניתן להסיק את המסקנות הבאות:

1) בחירת אמצעי ההגנה מפני אש למבני פלדה חייבת לשקול מספר גורמים, לרבות סוג חבר, קושי בנייה, דרישות איכות, צרכי עמידות ויעילות כלכלית;

2) בהשוואה של יישום ריסוס ושיטות עטיפה, יישום ריסוס מציע בעיקר יתרונות בטכניקות בנייה פשוטות ושינוי מינימלי למראה הרכיב לאחר היישום.- אנקפסולציה מציעה בעיקר יתרונות בעלות נמוכה יותר, עמידות מעולה באש ועמידות;

3) לכל אמצעי הגנה מפני אש יש חוזקות ומגבלות מובהקות. ביישומים הנדסיים, שילוב של מספר אמצעים יכול למנף את היתרונות שלהם ולפצות על חסרונות. יישום אמצעים שונים יכול להקים שכבות מרובות של הגנה מפני אש.