Medidas de protección contra incendios para estructuras de acero

 1. Límite de resistencia al fuego y resistencia al fuego de la estructura de acero 

Las ventajas de su alta resistencia y ductilidad determinan que la estructura de acero se caracterice por su bajo peso propio, buen comportamiento sísmico y gran capacidad de carga. Además, la estructura de acero se puede procesar en obra, el período de construcción es corto y los materiales son reciclables. Por lo tanto, tanto en edificios con estructura de acero a nivel nacional como internacional, su uso está muy extendido.

Pero las estructuras de acero tienen un talón de Aquiles: su escasa resistencia al fuego. Para mantener la resistencia y rigidez de la estructura de acero durante un largo período de tiempo en caso de incendio y garantizar la seguridad de las personas y sus bienes, se han adoptado diversas medidas de protección contra incendios en proyectos prácticos. Según los diferentes principios de prevención de incendios, las medidas se dividen en métodos de resistencia al calor y métodos de enfriamiento por agua. Los métodos de resistencia al calor se dividen en métodos de pulverización y encapsulación (encapsulación hueca y encapsulación sólida). Los métodos de enfriamiento por agua incluyen el método de vertido de agua y el método de lavado de agua. En este documento, se presentarán en detalle diversas medidas de prevención de incendios y se compararán sus ventajas y desventajas. Resistencia y resistencia al fuego.
El límite de resistencia al fuego de una estructura de acero se refiere al tiempo durante el cual el elemento pierde su estabilidad o integridad y su resistencia adiabática al fuego durante la prueba estándar de resistencia al fuego.

Aunque el acero en sí no se incendie, sus propiedades se ven muy afectadas por la temperatura. La tenacidad al impacto del acero disminuye a 250 ℃, y por encima de 300 ℃, el límite elástico y la resistencia máxima se reducen significativamente. En un incendio real, la condición de carga permanece inalterada, y la temperatura crítica a la que la estructura de acero pierde su estabilidad de equilibrio estático es de aproximadamente 500 ℃, mientras que la temperatura general del incendio alcanza los 800 ~ 1000 ℃. Como resultado, la estructura de acero experimentará rápidamente deformación plástica bajo altas temperaturas de incendio, lo que provocará fallas locales y, finalmente, el colapso de toda la estructura. Se deben tomar medidas de prevención de incendios en edificios con estructura de acero para que el edificio tenga un límite de resistencia al fuego suficiente. Evitar que la estructura de acero se caliente rápidamente hasta la temperatura crítica durante el incendio, prevenir la deformación excesiva que provoque el colapso del edificio, para así ganar un tiempo valioso para la extinción del incendio y la evacuación segura del personal, y evitar o reducir las pérdidas causadas por el incendio.

2. Medidas de protección contra incendios para estructuras de acero

Las medidas de protección contra incendios para estructuras de acero se dividen en dos categorías: resistencia al calor y refrigeración por agua. El objetivo de estas medidas es el mismo: evitar que la temperatura del componente supere su temperatura crítica en un tiempo determinado. La diferencia radica en que la resistencia al calor impide la transferencia de calor a los componentes, mientras que la refrigeración por agua permite que el calor se transfiera a los componentes y luego se disipe.

2.1 Resistencia al calor

Método de resistencia al calor según la resistencia al calor y la resistencia al calor del material de recubrimiento, el recubrimiento retardante de fuego se dividió en método de pulverización y método de recubrimiento por pulverización para construir un recubrimiento retardante de fuego mediante el método de recubrimiento o pulverización para proteger y se puede dividir en método de recubrimiento hueco y método de recubrimiento sólido. 

2.1.1 Método de pulverización

Generalmente se utiliza un recubrimiento de pintura ignífuga o se rocía la superficie del acero, formando una capa protectora aislante refractaria, mejorando la resistencia al fuego de la estructura de acero. Este método utiliza refractarios muy ligeros durante mucho tiempo y no debe restringir la geometría del componente de acero. Tiene buena economía y practicidad, y una amplia aplicación. La variedad de recubrimientos ignífugos para estructuras de acero es mayor y se divide aproximadamente en dos categorías: una es el recubrimiento ignífugo de tipo capa delgada (tipo B), es decir, el material ignífugo de expansión de la estructura de acero; el otro tipo es un recubrimiento de película gruesa (H) de clase B, el espesor del recubrimiento es generalmente de 2 a 7 mm, hecho de resina orgánica, tiene cierto efecto decorativo, cuando el límite de expansión a alta temperatura del refractario es de 0,5 a 1,5 H. El recubrimiento ignífugo de estructura de acero recubierto es delgado y ligero, con buena resistencia a la vibración, para estructuras de acero desnudas interiores y estructuras de acero ligeras para techos. Cuando su límite de resistencia al fuego es de 1,5 H o inferior, se elige apropiadamente el recubrimiento ignífugo de estructura de acero tipo H con un espesor de recubrimiento de pintura ignífuga de 8 a 50 mm, comúnmente en la superficie granular. Los ingredientes principales son: Materiales aislantes térmicos inorgánicos, menor conductividad térmica de baja densidad Límite refractario de 0,5 ~ 3,0 h Estructura de acero revestida de espesor El revestimiento ignífugo generalmente no se quema Resistencia al envejecimiento Durabilidad y confiable Estructura de acero oculta interior Toda la estructura de acero y estructura de acero de edificios de fábricas de varios pisos, cuando las reglas superan su límite de resistencia al fuego en 1,5 h, se debe elegir una estructura de acero revestida de espesor El revestimiento ignífugo

2.1.2 Método de recubrimiento

1) Método de revestimiento hueco: generalmente se utiliza tablero o ladrillo ignífugo a lo largo del borde exterior de los elementos de acero, la estructura de acero se empaqueta en el taller de estructuras de acero de la industria petroquímica nacional. Se adopta principalmente el método de colocación de ladrillos envueltos en los elementos de acero de la estructura de acero para proteger el método. Este método tiene la ventaja de una alta resistencia al impacto, pero la desventaja es que ocupa más espacio. La construcción es más problemática con placas refractarias ligeras, como losas monocapa de yeso reforzado con fibra para el método de revestimiento ignífugo para el empaquetado en caja de grandes componentes de acero con bajo costo, pérdida para decorar la superficie nivelada es lisa, sin contaminación ambiental, resistencia al envejecimiento y otras ventajas, tiene buenas perspectivas de promoción. 2) Método de revestimiento sólido: generalmente mediante el vertido de hormigón, los elementos de acero se envuelven, las piezas de la estructura de acero completamente cerradas, como la columna de acero del Centro Financiero Mundial de Shanghai Pudong. Su ventaja es que mediante este método se obtiene una alta resistencia al impacto, pero la desventaja es que el revestimiento de hormigón ocupa mucho espacio. La construcción es problemática, especialmente en vigas de acero y arriostramientos inclinados.

2.2 Método de refrigeración por agua

El método de enfriamiento por agua incluye el método de enfriamiento por vertido de agua y el método de enfriamiento por llenado de agua.

2.2.1 Método de enfriamiento por ducha de agua

El método de enfriamiento por aspersión consiste en instalar un sistema de rociado automático o manual en la parte superior de la estructura de acero. En caso de incendio, el sistema se activa para formar una película de agua continua sobre la superficie de la estructura. Cuando las llamas se propagan a la superficie, la evaporación del agua disipa el calor y retrasa que la estructura alcance su temperatura límite. Este método de enfriamiento por aspersión se utiliza en el edificio de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad de Tongji.

2.2.2 Método de refrigeración por agua

El método de refrigeración por agua consiste en llenar de agua los elementos huecos de acero. Mediante la circulación del agua en la estructura de acero, se absorbe el calor que el propio acero ha absorbido. De este modo, la estructura de acero puede mantener una temperatura baja en caso de incendio y no perderá su capacidad de carga debido a un aumento excesivo de la temperatura. Para evitar la oxidación y la congelación, se añade al agua un inhibidor de óxido y un anticongelante. Las columnas de acero del edificio de 64 pisos de la US Steel Company en Pittsburgh están refrigeradas por agua.

3. Comparación de medidas de prevención de incendios

El método de resistencia al calor puede ralentizar la velocidad de conducción del calor hacia los elementos estructurales a través del material resistente al calor. En general, el método de aislamiento térmico es económico y práctico, y se utiliza ampliamente en proyectos prácticos. El método de refrigeración por agua es una medida de protección eficaz contra incendios, pero no se ha promovido mucho en el campo de la ingeniería debido a sus requisitos especiales en el diseño estructural y su alto costo.

El método de resistencia térmica se utiliza ampliamente en la protección contra incendios de estructuras de acero, por lo que a continuación se comparan las ventajas y desventajas del método de pulverización y el método de revestimiento en las medidas de resistencia térmica.

3.1 resistencia al fuego

En términos de resistencia al fuego, el método de revestimiento es superior al método de pulverización. La resistencia al fuego del hormigón, el ladrillo refractario y otros materiales de revestimiento es mejor que la de los revestimientos ignífugos convencionales. Además, el rendimiento ignífugo de los nuevos paneles de prevención de incendios también es superior al de los revestimientos ignífugos. Su límite de resistencia al fuego es notablemente superior al del material aislante ignífugo de la misma capa de acero, y mayor que la expansión de los revestimientos ignífugos.

3.2 la durabilidad

Debido a que la durabilidad del material de revestimiento, como el hormigón, es mejor, no se deteriora fácilmente con el tiempo. Pero la durabilidad siempre es el problema que no resuelve el revestimiento ignífugo de la estructura de acero. Ya sea que se use en exteriores o interiores, el componente orgánico del revestimiento ignífugo delgado y ultrafino puede producir descomposición, degradación, envejecimiento y otros problemas, de modo que el revestimiento se desprenda o pierda su rendimiento contra el fuego.

3.3 construcción

El método de pulverización para la prevención de incendios en estructuras de acero es sencillo y no requiere herramientas complicadas. Sin embargo, el control de calidad de la aplicación del revestimiento ignífugo es deficiente, ya que la eliminación de la oxidación del material base, el espesor del revestimiento y la humedad del entorno de construcción son difíciles de controlar. El método de revestimiento es complejo, especialmente para arriostramientos inclinados y vigas de acero, pero la construcción es controlable y la calidad se garantiza fácilmente. El límite de resistencia al fuego se puede controlar ajustando con precisión el espesor del material de revestimiento.

3.4 protección del medio ambiente

El método de pulverización contamina el medio ambiente durante la construcción, especialmente bajo la acción de altas temperaturas, ya que puede volatilizar gases nocivos. No hay liberación de sustancias tóxicas en la construcción, en entornos de uso normal ni a altas temperaturas en caso de incendio, lo que resulta beneficioso para la protección del medio ambiente y la seguridad del personal en caso de incendio.

3.5 economía

El método de pulverización es sencillo, con un período de construcción corto y un bajo costo de construcción. Sin embargo, el precio del revestimiento ignífugo es elevado y, debido a inconvenientes como el envejecimiento, su costo de mantenimiento es mayor. El costo de construcción del método de envoltura es alto, pero el precio del material es económico y el costo de mantenimiento es bajo. En general, el método de encapsulación tiene una buena eficiencia económica.

3.6 Aplicabilidad

El método de pulverización no está limitado por la geometría de los componentes y se utiliza ampliamente para la protección de vigas, columnas, forjados, cubiertas y otros elementos. Es especialmente adecuado para la protección contra incendios de estructuras de acero ligero, estructuras reticulares y estructuras de acero de formas especiales. El método de revestimiento es complejo en su construcción, especialmente para vigas de acero y elementos de arriostramiento inclinados. El método de revestimiento se utiliza generalmente más para columnas y no se utiliza ampliamente para la pulverización.

3.7 Espacio ocupado

El volumen de recubrimiento ignífugo utilizado mediante el método de pulverización es pequeño, mientras que el método de recubrimiento utiliza materiales de recubrimiento como hormigón y ladrillo ignífugo, lo que reduce el uso del espacio. Además, la calidad del material de recubrimiento es mayor.

 4. Resumir

De la discusión se pueden extraer las siguientes conclusiones:

1) La adopción de medidas de protección contra incendios para estructuras de acero debe considerar la influencia de muchos factores, como el tipo de componente, la dificultad de construcción, los requisitos de calidad de la construcción, los requisitos de durabilidad y los beneficios económicos;

2) Al comparar el método de pulverización con el método de encapsulación, las principales ventajas del método de pulverización son la simplicidad en el proceso de construcción y que la apariencia de los componentes no cambia mucho después de la pulverización. Las principales ventajas del método de encapsulación son el bajo costo, el buen rendimiento contra incendios y la durabilidad.

3) Todas las medidas de prevención de incendios tienen sus ventajas y desventajas. En la ingeniería, pueden aprender unas de otras y compensar sus deficiencias. Además, se pueden adoptar diferentes medidas para establecer múltiples líneas de defensa contra incendios.

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