Misure di protezione antincendio per le strutture in acciaio

 1. Limite di resistenza al fuoco e resistenza al fuoco delle strutture in acciaio 

I vantaggi derivanti dall'elevata resistenza e duttilità fanno sì che le strutture in acciaio presentino caratteristiche quali peso proprio ridotto, buone prestazioni sismiche e grande capacità portante. Inoltre, le strutture in acciaio possono essere lavorate in loco, i tempi di costruzione sono brevi e i materiali sono riciclabili. Per questo motivo, gli edifici con struttura in acciaio sono ampiamente utilizzati sia in Cina che all'estero.

Ma le strutture in acciaio hanno un tallone d'Achille: la scarsa resistenza al fuoco. Per mantenere a lungo la resistenza e la rigidità della struttura in acciaio in caso di incendio e per garantire la sicurezza delle persone e dei beni, nei progetti pratici sono state adottate diverse misure di protezione antincendio. In base ai diversi principi di prevenzione incendi, le misure di prevenzione incendi si dividono in metodi di resistenza al calore e metodi di raffreddamento ad acqua. I metodi di resistenza al calore possono essere suddivisi in metodi di spruzzatura e metodi di incapsulamento (incapsulamento cavo e incapsulamento solido). I metodi di raffreddamento ad acqua comprendono il metodo di raffreddamento a versamento d'acqua e il metodo di raffreddamento a lavaggio d'acqua. In questo documento, verranno presentate in dettaglio diverse misure di prevenzione incendi e ne verranno confrontati vantaggi e svantaggi. Resistenza e resistenza al fuoco
Il limite di resistenza al fuoco di una struttura in acciaio si riferisce al tempo durante il quale l'elemento perde la sua stabilità o integrità e la sua resistenza adiabatica al fuoco durante la prova standard di resistenza al fuoco.

Sebbene l'acciaio in sé non prenda fuoco, le proprietà del materiale sono fortemente influenzate dalla temperatura. La tenacità all'impatto dell'acciaio diminuisce a 250°C, mentre a temperature superiori a 300°C il punto di snervamento e la resistenza ultima si riducono significativamente. In caso di incendio, le condizioni di carico rimangono invariate e la temperatura critica alla quale la struttura in acciaio perde la sua stabilità di equilibrio statico è di circa 500°C, mentre la temperatura di un incendio in genere raggiunge gli 800-1000°C. Di conseguenza, la struttura in acciaio subisce rapidamente deformazioni plastiche ad alte temperature, con conseguenti cedimenti locali e, infine, il collasso dell'intera struttura. È fondamentale adottare misure di prevenzione incendi negli edifici con struttura in acciaio per garantire una sufficiente resistenza al fuoco. Impedire che la struttura in acciaio si riscaldi rapidamente fino alla temperatura critica durante l'incendio, prevenire deformazioni eccessive che potrebbero causare il collasso dell'edificio, in modo da guadagnare tempo prezioso per lo spegnimento e l'evacuazione del personale, evitando o riducendo i danni causati dall'incendio.

2. Misure di protezione antincendio per le strutture in acciaio

Le misure di protezione antincendio per le strutture in acciaio, secondo il principio di funzionamento, si dividono in due categorie: il metodo di resistenza al calore e il metodo di raffreddamento ad acqua. Lo scopo di queste misure è lo stesso: impedire che la temperatura dei componenti superi una temperatura critica entro un determinato intervallo di tempo. La differenza sta nel fatto che il metodo di resistenza al calore impedisce il trasferimento di calore ai componenti, mentre il metodo di raffreddamento ad acqua permette il trasferimento di calore ai componenti e la successiva dissipazione del calore.

2.1 Resistenza termica

Il metodo di resistenza al calore, in base alla resistenza al calore e alla resistenza termica del materiale di rivestimento, è stato suddiviso in metodo di spruzzatura e metodo di spruzzatura del rivestimento per costruire un rivestimento ignifugo mediante rivestimento o metodo di spruzzatura del rivestimento per proteggere e può essere suddiviso in metodo di rivestimento cavo e metodo di rivestimento solido 

2.1.1 metodo di spruzzatura

Generalmente si utilizza un rivestimento di vernice ignifuga o si spruzza la superficie dell'acciaio, formando uno strato protettivo isolante refrattario, migliorando la resistenza al fuoco della struttura in acciaio. Questo metodo è molto leggero, i refrattari durano a lungo e non dovrebbero limitare la geometria dei componenti in acciaio, hanno una buona economicità e praticità, ampia applicazione. La varietà di rivestimenti ignifughi per strutture in acciaio è maggiore, approssimativamente divisa in due categorie: una è il rivestimento ignifugo di tipo sottile (tipo B), ovvero il materiale ignifugo per l'espansione della struttura in acciaio; l'altro tipo è un rivestimento a film spesso (H) classe B, lo spessore del rivestimento è generalmente di 2-7 mm, realizzato con resina organica, ha un certo effetto decorativo, quando l'ispessimento dell'espansione ad alta temperatura del limite refrattario di 0,5 ~ 1,5 H, rivestimento ignifugo per strutture in acciaio sottile e leggero, buona resistenza alle vibrazioni, struttura in acciaio nudo interna, struttura in acciaio con tetto leggero, quando il suo limite di resistenza al fuoco è di 1,5 H e inferiore, si sceglie appropriatamente il rivestimento ignifugo per strutture in acciaio di tipo H, spessore del rivestimento di vernice ignifuga per 8 ~ 50 mm comunemente negli ingredienti principali della superficie granulare per i materiali isolanti termici inorganici, minore conduttività termica di bassa densità Limite refrattario di 0,5 ~ 3,0 h rivestimento ignifugo per strutture in acciaio rivestito spesso non è generalmente resistenza all'invecchiamento della combustione durabilità e affidabile struttura in acciaio nascosta interna tutte le strutture in acciaio e strutture in acciaio di edifici industriali multipiano, quando le regole superano il suo limite di resistenza al fuoco in 1,5 h, dovrebbe scegliere un rivestimento ignifugo per strutture in acciaio rivestito spesso

2.1.2 metodo di rivestimento

1) Metodo di rivestimento cavo: generalmente si utilizzano pannelli o mattoni ignifughi lungo il bordo esterno degli elementi in acciaio, la struttura in acciaio viene imballata. L'officina della struttura in acciaio dell'industria petrolchimica nazionale adotta principalmente il metodo di posa di mattoni avvolti. Gli elementi in acciaio della struttura in acciaio per proteggere hanno il vantaggio di un'elevata resistenza agli urti, ma lo svantaggio è che occupano più spazio. La costruzione è più problematica. La lastra leggera refrattaria, come la lastra monostrato di cartongesso rinforzato con fibre, è un metodo di copertura ignifuga per il confezionamento di grandi componenti in acciaio con basso costo, perdita di superficie decorativa, superficie liscia, senza inquinamento ambientale, resistenza all'invecchiamento e altri vantaggi, ha buone prospettive di promozione. 2) Metodo di rivestimento pieno: generalmente mediante colata di calcestruzzo, gli elementi in acciaio vengono avvolti, chiudendo completamente i pezzi della struttura in acciaio. Come la colonna in acciaio del World Financial Center di Shanghai Pudong, il suo vantaggio è che con questo metodo si ottiene un'elevata resistenza agli urti, ma lo svantaggio è che la copertura in calcestruzzo occupa molto spazio. La costruzione è problematica, soprattutto su travi in ​​acciaio e controventi inclinati.

2.2 Metodo di raffreddamento ad acqua

Il metodo di raffreddamento ad acqua comprende il metodo di raffreddamento a versamento d'acqua e il metodo di raffreddamento a riempimento d'acqua.

2.2.1 Metodo di raffreddamento tramite doccia d'acqua

Il metodo di raffreddamento a spruzzo consiste nell'installare un sistema di nebulizzazione automatico o manuale sulla parte superiore della struttura in acciaio. In caso di incendio, il sistema di nebulizzazione si attiva per formare una pellicola d'acqua continua sulla superficie della struttura in acciaio. Quando la fiamma si propaga alla superficie della struttura, l'evaporazione dell'acqua disperde il calore e ritarda il raggiungimento della temperatura limite da parte della struttura stessa. Il metodo di raffreddamento a doccia d'acqua è utilizzato nell'edificio della Facoltà di Ingegneria Civile dell'Università di Tongji.

2.2.2 Metodo di raffreddamento ad acqua

Il metodo di raffreddamento ad acqua consiste nel riempire con acqua gli elementi cavi in ​​acciaio. Grazie alla circolazione dell'acqua nella struttura in acciaio, il calore assorbito dall'acciaio stesso viene dissipato. In questo modo, la struttura in acciaio può mantenere una bassa temperatura in caso di incendio e non perde la sua capacità portante a causa di un eccessivo aumento della temperatura. Per prevenire la formazione di ruggine e il congelamento, all'acqua vengono aggiunti inibitori di ruggine e antigelo. Le colonne in acciaio dell'edificio di 64 piani della US Steel Company a Pittsburgh sono raffreddate ad acqua.

3. Confronto delle misure di prevenzione incendi

Il metodo di resistenza termica può rallentare la velocità di conduzione del calore verso gli elementi strutturali attraverso un materiale termoresistente. In generale, il metodo di isolamento termico è economico e pratico ed è ampiamente utilizzato nei progetti reali. Il metodo di raffreddamento ad acqua è una misura di protezione efficace contro gli incendi, ma non ha trovato ampia diffusione nel settore ingegneristico a causa dei requisiti specifici di progettazione strutturale e degli elevati costi.

Il metodo di resistenza termica è ampiamente utilizzato nella protezione antincendio delle strutture in acciaio, pertanto quanto segue si concentra sul confronto tra i vantaggi e gli svantaggi del metodo a spruzzo e del metodo di rivestimento nelle misure di resistenza termica.

3.1 resistenza al fuoco

In termini di resistenza al fuoco, il metodo di rivestimento è superiore al metodo di spruzzatura. La resistenza al fuoco del calcestruzzo, dei mattoni refrattari e di altri materiali di rivestimento è migliore rispetto ai rivestimenti ignifughi tradizionali. Inoltre, le prestazioni ignifughe dei nuovi pannelli ignifughi sono superiori anche ai rivestimenti ignifughi. Il loro limite di resistenza al fuoco è nettamente superiore a quello del materiale isolante antincendio per strutture in acciaio di pari spessore, e supera l'espansione dei rivestimenti ignifughi.

3.2 la durabilità

Poiché la durabilità del materiale di rivestimento, come il calcestruzzo, è migliore, non si deteriora facilmente nel tempo. Tuttavia, la durabilità è sempre stata un problema per i rivestimenti ignifughi per strutture in acciaio. Sia che vengano utilizzati per esterni o interni, i componenti organici dei rivestimenti ignifughi sottili e ultrasottili possono causare decomposizione, degradazione, invecchiamento e altri problemi, con conseguente sfaldamento del rivestimento o perdita delle prestazioni antincendio.

3.3 costruzione

Il metodo di spruzzatura per la prevenzione degli incendi nelle strutture in acciaio è semplice e non richiede strumenti complessi. Tuttavia, il controllo della qualità dell'applicazione del rivestimento ignifugo tramite spruzzatura è scarso, poiché la rimozione della ruggine dal materiale di base, lo spessore del rivestimento ignifugo e l'umidità dell'ambiente di lavoro non sono facili da controllare. Il metodo di rivestimento è complesso, soprattutto per i controventi inclinati e le travi in ​​acciaio, ma la costruzione è controllabile e la qualità è facilmente garantita. Il limite di resistenza al fuoco può essere controllato variando con precisione lo spessore del materiale di rivestimento.

3.4 protezione ambientale

Il metodo di spruzzatura inquina l'ambiente durante la costruzione, soprattutto in presenza di alte temperature, e può rilasciare gas nocivi. Con il metodo a spruzzo, invece, non si verificano rilasci tossici in cantiere, in condizioni di normale utilizzo e in presenza di alte temperature, a vantaggio della tutela ambientale e della sicurezza del personale in caso di incendio.

3.5 economia

Il metodo di spruzzatura è semplice, ha tempi di costruzione brevi e costi di costruzione contenuti. Tuttavia, il prezzo del rivestimento ignifugo è elevato e, poiché presenta inconvenienti come l'invecchiamento, i costi di manutenzione sono più alti. Il metodo di incapsulamento ha costi di costruzione elevati, ma il prezzo dei materiali è basso e i costi di manutenzione sono contenuti. In generale, il metodo di incapsulamento presenta una buona efficienza economica.

3.6 applicabilità

Il metodo di spruzzatura non è limitato dalla geometria dei componenti ed è ampiamente utilizzato per la protezione di travi, colonne, solai, tetti e altri elementi. È particolarmente adatto per la protezione antincendio di strutture in acciaio leggero, strutture reticolari e strutture in acciaio di forma speciale. Il metodo di rivestimento è complesso da realizzare, soprattutto per travi in ​​acciaio ed elementi di controventatura inclinati. Il metodo di rivestimento è generalmente più utilizzato per le colonne e non è ampiamente impiegato per la spruzzatura.

3.7 Spazio occupato

Il volume di rivestimento ignifugo utilizzato con il metodo a spruzzo è ridotto, mentre il metodo di rivestimento utilizza materiali di rivestimento come calcestruzzo o mattoni refrattari, che occupano spazio e riducono la quantità di spazio utilizzabile. Inoltre, la qualità del materiale di rivestimento è maggiore.

 4. Riassumere

Dalla discussione si possono trarre le seguenti conclusioni:

1) L'adozione di misure di protezione antincendio per le strutture in acciaio dovrebbe tenere conto dell'influenza di molti fattori, come il tipo di componente, la difficoltà di costruzione, i requisiti di qualità costruttiva, i requisiti di durabilità e i benefici economici;

2) Confrontando il metodo di spruzzatura con il metodo di incapsulamento, i principali vantaggi del metodo di spruzzatura sono la semplicità del processo di costruzione e il fatto che l'aspetto dei componenti non cambia in modo significativo dopo la spruzzatura. I principali vantaggi del metodo di incapsulamento sono il basso costo, le buone prestazioni antincendio e la durata.

3) Tutti i tipi di misure di prevenzione incendi hanno i propri vantaggi e svantaggi. Nell'applicazione ingegneristica, possono imparare l'una dall'altra e compensare le reciproche carenze. E possono adottare misure diverse per creare più linee di difesa antincendio.

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