Brandschutz von Gebäuden mit Stahlkonstruktion

Stahlkonstruktionsgebäude haben eine Achillesferse: schlechte Feuerbeständigkeit. Um die Festigkeit und Steifigkeit der Stahlkonstruktion im Brandfall über einen langen Zeitraum zu erhalten und die Sicherheit von Leben und Eigentum von Menschen zu schützen, werden im tatsächlichen Projekt verschiedene Brandschutzmaßnahmen ergriffen.

Warum benötigen nicht brennende Stahlkonstruktionen einen Brandschutz?

Stahl ist ein Baumaterial, das nicht brennt. Im Vergleich zu Beton hat Stahl viele Vorteile wie Erdbebensicherheit und Biegefestigkeit. Daher werden in modernen Gebäuden häufig Stahlkonstruktionen verwendet, nicht nur um die Tragfähigkeit von Gebäuden relativ zu erhöhen, sondern auch um den Anforderungen der ästhetischen Modellierung von Architekturdesigns gerecht zu werden, wie z. B. verschiedene einstöckige oder mehrstöckige Fabriken, Wolkenkratzer, Lagerhallen, Warteräume. Die Hallen werden im Allgemeinen mit Stahlkonstruktionen entworfen.

Obwohl Stahl nicht brennt, verformt er sich bei hohen Temperaturen, was zum Zusammenbruch der Struktur führen kann. Als Baumaterial weist Stahl einige unvermeidbare Mängel beim Brandschutz auf.

Im Allgemeinen beträgt die Feuerwiderstandsgrenze ungeschützter Stahlkonstruktionen etwa 15 Minuten. Normalerweise geht bei einer Temperatur von 450 bis 650 °C die Tragfähigkeit verloren und es kommt zu großen Verformungen, die zum Verbiegen von Stahlstützen, Stahlträgern und sogar zum Einsturz der Struktur führen.

Brandschutzmaßnahmen für Stahlkonstruktionen

Gemäß unterschiedlichen Brandschutzprinzipien werden die Brandschutzmaßnahmen für Stahlkonstruktionen in Hitzewiderstandsmethoden und Wasserkühlungsmethoden unterteilt.

Hitzebeständigkeitsmethoden

Die Wärmebeständigkeitsmethode kann unterteilt werden in die Sprühverfahren und der Verkapselungsmethode.

Sprühmethode

Im Allgemeinen wird eine feuerhemmende Beschichtung zum Beschichten oder Besprühen der Stahloberfläche verwendet, um eine feuerbeständige und wärmeisolierende Schutzschicht zu bilden und die Feuerwiderstandsgrenze der Stahlkonstruktion zu verbessern.

Diese Methode ist einfach zu konstruieren, hat ein geringes Gewicht, ist feuerbeständig und nicht durch die Geometrie der Stahlkomponenten beschränkt. Sie ist wirtschaftlich und praktisch und wird häufig verwendet.

Es gibt viele Arten von feuerfesten Beschichtungen für Stahlkonstruktionen, die grob in zwei Kategorien unterteilt werden: eine ist dünnschichtig feuerhemmende Beschichtungen (Typ B), also aufschäumende Brandschutzmaterialien für Stahlkonstruktionen; zum anderen Dickschichtbeschichtungen (H).

Brandhemmende Beschichtungen der Klasse B, Die Beschichtungsdicke beträgt im Allgemeinen 2-7 mm. Das Grundmaterial ist organisches Harz, das eine gewisse dekorative Wirkung hat und sich bei hohen Temperaturen ausdehnt und verdickt. Die Feuerwiderstandsgrenze kann 0.5 bis 1.5 Stunden erreichen.

Die dünn aufgetragene feuerfeste Beschichtung für Stahlkonstruktionen ist dünn, leicht und weist eine gute Vibrationsbeständigkeit auf. Für freiliegende Stahlkonstruktionen im Innenbereich und leichte Dachstahlkonstruktionen sollten dünn aufgetragene feuerfeste Beschichtungen für Stahlkonstruktionen verwendet werden, wenn die Feuerwiderstandsgrenze 1.5 h und weniger beträgt.

Die Dicke der Die feuerhemmende Beschichtung der Klasse H beträgt im Allgemeinen 8 bis 50 mm.. Körnige Oberfläche. Der Hauptbestandteil ist anorganisches Wärmedämmmaterial mit geringer Dichte und geringer Wärmeleitfähigkeit.

Die Feuerwiderstandsgrenze kann 0.5 bis 3.0 Stunden erreichen. Dick beschichtete feuerfeste Beschichtungen für Stahlkonstruktionen sind im Allgemeinen nicht brennbar, alterungsbeständig und langlebiger. Bei verdeckten Stahlkonstruktionen in Innenräumen, Hochhaus-Stahlkonstruktionen und mehrstöckigen Werkstatt-Stahlkonstruktionen sollten dick beschichtete feuerfeste Beschichtungen für Stahlkonstruktionen verwendet werden, wenn die Feuerwiderstandsgrenze über 1.5 Stunden liegt. 

Kapselungsmethode

Hohlkapselungsmethode: Feuerfeste Platten oder feuerfeste Ziegel werden verwendet, um das Stahlelement entlang der Außengrenze des Stahlelements zu umwickeln. Die meisten Stahlbauwerkstätten in der heimischen petrochemischen Industrie verwenden die Methode des Baus feuerfester Ziegel, um die Stahlkomponenten zu umwickeln und die Stahlkonstruktion zu schützen.

Die Vorteile dieser Methode liegen in ihrer hohen Festigkeit und Schlagfestigkeit, die Nachteile jedoch im hohen Platzbedarf und aufwändigeren Bau. Als feuerfeste Außenschichten werden feuerfeste Leichtbauplatten wie faserverstärkte Zementplatten, Gipsplatten, Vermiculitplatten usw. verwendet.

Die Methode der Kartonverpackung große Stahlbauteile hat die Vorteile einer flachen und glatten Dekorationsoberfläche, niedriger Kosten, geringer Verluste, keiner Umweltverschmutzung, Alterungsbeständigkeit usw. und hat gute Werbeaussichten.

Feste Verkapselungsmethode: Im Allgemeinen werden die Stahlelemente durch Betonieren umhüllt und vollständig geschlossen. Die Vorteile sind hohe Festigkeit und Schlagfestigkeit, die Nachteile jedoch sind, dass die Betonschutzschicht viel Platz einnimmt und die Konstruktion mühsam ist, insbesondere die Konstruktion auf Stahlträgern und Diagonalstreben ist sehr schwierig.

Wasserkühlungsmethoden

Die Wasserkühlungsmethode umfasst Wasserduschen-Kühlmethode und Wasserfüllungskühlverfahren.

Wasserduschen-Kühlmethode

Bei der Wassersprühkühlung wird ein automatisches oder manuelles Sprühsystem am oberen Teil der Stahlkonstruktion angebracht. Bei einem Brand wird die Sprinkleranlage aktiviert, um einen kontinuierlichen Wasserfilm auf der Oberfläche der Stahlkonstruktion zu bilden. Wenn sich die Flamme auf die Oberfläche der Stahlkonstruktion ausbreitet, verdunstet das Wasser und nimmt die Wärme auf, wodurch das Erreichen der Grenztemperatur des Stahlkonstruktionsgebäudes verzögert wird.

Wassergefüllte Kühlmethode

Bei der wassergefüllten Kühlmethode wird das hohle Stahlelement mit Wasser gefüllt. Durch die Wasserzirkulation in der Stahlkonstruktion wird die Wärme des Stahls selbst absorbiert. Daher kann die Stahlkonstruktion bei einem Brand eine niedrigere Temperatur aufrechterhalten und verliert ihre Tragfähigkeit nicht durch übermäßige Erwärmung. Um Rost und Gefrieren zu verhindern, fügen Sie dem Wasser Rostschutzmittel und Frostschutzmittel hinzu.

Im Allgemeinen kann die Wärmebeständigkeitsmethode die Geschwindigkeit der Wärmeleitung zu den Strukturkomponenten durch das hitzebeständige Material verlangsamen. Die Wärmebeständigkeitsmethode ist wirtschaftlicher und praktischer und wird in praktischen Projekten häufig eingesetzt.

Vor- und Nachteile der Sprühmethode und der Kapselungsmethode bei Brandschutzmaßnahmen für Stahlkonstruktionen

Brandschutz

In Bezug auf die Feuerbeständigkeit ist die Einkapselungsmethode besser als die Sprühmethode. Die Feuerbeständigkeit von Einkapselungsmaterialien wie Beton und feuerfesten Ziegeln ist besser als die von gewöhnlichen feuerfesten Beschichtungen.

Darüber hinaus ist die Feuerbeständigkeit der neuen Brandschutzplatten besser als die von Brandschutzbeschichtungen. Ihre Feuerbeständigkeit ist deutlich höher als die von Brandschutz- und Wärmedämmstoffen für Stahlkonstruktionen gleicher Dicke und höher als die von aufschäumenden Brandschutzbeschichtungen.

Langlebigkeit

Da Einkapselungsmaterialien wie Beton eine gute Haltbarkeit aufweisen, lässt ihre Leistung mit der Zeit nicht so leicht nach. Die Haltbarkeit war schon immer ein Problem, das durch feuerfeste Beschichtungen für Stahlkonstruktionen nicht gelöst werden konnte.

Bei dünnen und ultradünnen Brandschutzbeschichtungen auf Basis organischer Komponenten können bei der Verwendung im Außen- oder Innenbereich Probleme wie Zersetzung, Abbau, Alterung usw. auftreten.

Konstruierbarkeit

Das Sprühverfahren zum Brandschutz von Stahlkonstruktionen ist einfach und leicht zu konstruieren und kann ohne komplizierte Werkzeuge durchgeführt werden.

Allerdings ist die Konstruktionsqualität beim Sprühverfahren für feuerhemmende Beschichtungen mangelhaft und es ist schwierig, die Rostentfernung vom Untergrund, die Beschichtungsdicke der feuerhemmenden Beschichtung und die Feuchtigkeit der Bauumgebung zu kontrollieren; die Konstruktion des Einkapselungsverfahrens ist komplizierter, insbesondere bei Diagonalstreben und Stahlträgern, aber die Konstruktion ist gut kontrollierbar und die Qualitätssicherung ist einfach.

Die Dicke des Einkapselungsmaterials kann genauer variiert werden, um die Feuerwiderstandsgrenze zu steuern.

Umweltschutz

Das Sprühverfahren verschmutzt die Umwelt während der Bauphase, insbesondere bei hohen Temperaturen können schädliche Gase freigesetzt werden. Beim Einkapselungsverfahren werden während der Bauphase, in normalen Nutzungsumgebungen und bei hohen Brandtemperaturen keine giftigen Emissionen freigesetzt, was sich positiv auf den Umweltschutz und die Sicherheit des Personals im Brandfall auswirkt.

Hervorragendes Kostennutzenverhältnis

Das Sprühverfahren bietet die Vorteile einer einfachen Konstruktion, einer kurzen Bauzeit und niedriger Baukosten. Der Preis für feuerhemmende Beschichtungen ist jedoch hoch und die Wartungskosten sind aufgrund der Mängel von Beschichtungen wie Alterung relativ hoch.

Die Baukosten der Kapselungsmethode sind hoch, aber die verwendeten Materialien sind billig und die Wartungskosten sind niedrig. Im Allgemeinen ist die Kapselungsmethode wirtschaftlicher.

Anwendbarkeit

Das Sprühverfahren ist nicht durch die Geometrie der Bauteile eingeschränkt und wird hauptsächlich zum Schutz von Balken, Säulen, Böden, Dächern und anderen Bauteilen verwendet. Es eignet sich besonders für den Brandschutz von Stahlkonstruktionen in Leichtbauweise, Gitterkonstruktionen und speziell geformten Stahlkonstruktionen.

Die Konstruktion des Einkapselungsverfahrens ist kompliziert, insbesondere bei Stahlträgern, Diagonalstreben und anderen Bauteilen. Das Einkapselungsverfahren wird im Allgemeinen für Säulen verwendet und der Anwendungsbereich ist nicht so breit wie beim Sprühverfahren.

Belegter Raum

Die im Sprühverfahren verwendete feuerfeste Farbe hat ein geringes Volumen, während die im Verkapselungsverfahren verwendeten Verkapselungsmaterialien wie Beton und feuerfeste Ziegel Platz beanspruchen und den nutzbaren Raum verringern. Und die Qualität des Verkapselungsmaterials ist ebenfalls hoch.