Brandbeveiliging van gebouwen met staalconstructies

Gebouwen met een staalconstructie hebben een achilleshiel: een slechte brandwerendheid . Om de sterkte en stijfheid van de staalconstructie gedurende lange tijd bij brand te behouden en de veiligheid van mensen en eigendommen te beschermen, worden in de praktijk diverse brandbeveiligingsmaatregelen getroffen.

Waarom hebben staalconstructies die niet branden brandbeveiliging nodig?

Staal is een bouwmateriaal dat niet brandt. Vergeleken met beton heeft staal veel voordelen, zoals aardbevingsbestendigheid en buigweerstand. Daarom worden staalconstructies in moderne gebouwen op grote schaal gebruikt, niet alleen om het draagvermogen van gebouwen relatief te vergroten, maar ook om te voldoen aan de behoeften van esthetische modellering van architectonisch ontwerp, zoals verschillende fabrieken met één of meerdere verdiepingen, wolkenkrabbers, magazijnen , wachtkamers De hal is over het algemeen ontworpen met een staalconstructie.

Hoewel staal niet zal verbranden, zal het vervormen bij blootstelling aan hoge temperaturen, wat resulteert in structurele instorting. Als bouwmateriaal vertoont staal enkele onvermijdelijke gebreken op het gebied van brandpreventie.

Over het algemeen bedraagt ​​de brandwerendheidsgrens van onbeschermde staalconstructies ongeveer 15 minuten. Gewoonlijk zal bij een temperatuur van 450~650C het draagvermogen verloren gaan en zal er grote vervorming optreden, resulterend in het buigen van stalen kolommen, stalen balken en zelfs structurele instorting.

Brandbeveiligingsmaatregelen voor staalconstructies

Volgens verschillende brandpreventieprincipes zijn de brandbeveiligingsmaatregelen voor staalconstructies onderverdeeld in hittebestendigheidsmethoden en waterkoelingsmethoden.

hittebestendigheidsmethoden

De hittebestendige methode kan worden onderverdeeld in de spuitmethode en de inkapselingsmethode.

Spuitmethode

Over het algemeen wordt een brandvertragende coating gebruikt om het staaloppervlak te coaten of te spuiten om een ​​brandwerende en warmte-isolerende beschermlaag te vormen en de brandweerstandslimiet van de staalconstructie te verbeteren.

Deze methode is eenvoudig te construeren, licht van gewicht, lang brandwerend en niet beperkt door de geometrie van stalen componenten. Het heeft een goede economie en uitvoerbaarheid en wordt veel gebruikt.

Er bestaan ​​veel verschillende soorten brandwerende coatings voor staalconstructies, die grofweg in twee categorieën kunnen worden verdeeld: dunne brandvertragende coatings (type B ), oftewel opschuimende brandvertragende materialen voor staalconstructies; en dikke coatings (type H).

Brandvertragende coatings van klasse B hebben doorgaans een laagdikte van 2-7 mm . Het basismateriaal is een organische hars, die een zekere decoratieve werking heeft en uitzet en dikker wordt bij hoge temperaturen. De brandwerendheid kan 0.5 tot 1.5 uur bedragen.

De vuurvaste coating van de dun gecoate staalconstructie heeft een dunne coating, is licht van gewicht en heeft een goede trillingsbestendigheid. Voor blootgestelde staalconstructies binnenshuis en lichte staalconstructies op daken, wanneer de brandweerstandslimiet is gespecificeerd op 1.5 uur en lager, moeten brandwerende coatings voor de staalconstructie met dunne coating worden gebruikt.

De dikte van de brandvertragende coating van klasse H bedraagt ​​doorgaans 8 tot 50 mm . Het oppervlak is korrelig. Het hoofdbestanddeel is een anorganisch thermisch isolatiemateriaal met een lage dichtheid en een lage warmtegeleidingscoëfficiënt.

De brandweerstandslimiet kan 0.5 ~ 3.0 uur bedragen. Brandwerende coatings van dik gecoate staalconstructies zijn over het algemeen niet-brandbaar, anti-verouderend en duurzamer. Voor verborgen staalconstructies binnenshuis, volledig stalen hoogbouwconstructies en staalconstructies met meerdere verdiepingen, moeten, wanneer de brandweerstandslimiet is gespecificeerd op meer dan 1.5 uur, dik gecoate brandwerende coatings voor staalconstructies worden gebruikt. 

Inkapselingsmethode

Holle inkapselingsmethode : Vuurvaste platen of vuurvaste stenen worden gebruikt om het stalen element aan de buitenrand te omwikkelen. De meeste staalconstructiewerkplaatsen in de binnenlandse petrochemische industrie gebruiken deze methode om de stalen componenten met vuurvaste stenen te omwikkelen en zo de staalconstructie te beschermen.

De voordelen van deze methode zijn hoge sterkte en slagvastheid, maar de nadelen zijn dat deze veel ruimte in beslag neemt en dat de constructie lastiger is. Vuurvaste lichtgewicht platen zoals vezelversterkte cementplaten, gipsplaten, vermiculietplaten, enz. die worden gebruikt als brandwerende buitenlagen.

De methode van het inpakken van grote stalen componenten in dozen heeft als voordelen een vlak en glad afwerkingsoppervlak, lage kosten, weinig verlies, geen milieuvervuiling, verouderingsbestendigheid, enz., en heeft goede toekomstperspectieven.

Massieve inkapselingsmethode : over het algemeen worden de stalen elementen omwikkeld met beton, waardoor ze volledig worden afgesloten. De voordelen zijn een hoge sterkte en slagvastheid, maar de nadelen zijn dat de betonnen beschermlaag veel ruimte inneemt en de constructie lastig is, met name de constructie rond stalen balken en diagonale schoren is erg moeilijk.

methoden voor waterkoeling

De waterkoelingsmethode omvat de waterdouchekoelingsmethode en de watervulkoelingsmethode.

Waterdouche-koelmethode

Bij de watersproeikoelmethode wordt een automatisch of handmatig sproeisysteem op het bovenste deel van de staalconstructie aangebracht. Wanneer er brand uitbreekt, wordt het sprinklersysteem geactiveerd om een ​​continue waterfilm op het oppervlak van de staalconstructie te vormen. Wanneer de vlam zich naar het oppervlak van de staalconstructie verspreidt, verdampt het water en neemt de warmte weg, waardoor het gebouw van de staalconstructie vertraging oploopt om de grenstemperatuur te bereiken.

Watergevulde koelmethode

De met water gevulde koelmethode bestaat uit het vullen van het holle stalen onderdeel met water. Door de circulatie van water in de staalconstructie wordt de warmte van het staal zelf geabsorbeerd. Daarom kan de staalconstructie bij brand een lagere temperatuur behouden en verliest deze zijn draagvermogen niet door overmatige verhitting. Om roest en bevriezing te voorkomen, voegt u roestremmer en antivries aan het water toe.

Over het algemeen kan de hittebestendigheidsmethode de snelheid van de warmtegeleiding naar de structurele componenten door het hittebestendige materiaal vertragen. De hittebestendigheidsmethode is economischer en praktischer en wordt veel gebruikt in praktische projecten.

Voor- en nadelen van de spuitmethode en inkapselingsmethode bij brandbeveiligingsmaatregelen van staalconstructies

Vuurbestendig

Qua brandwerendheid is de inkapselingsmethode beter dan de spuitmethode. De brandwerendheid van inkapselingsmaterialen zoals beton en vuurvaste stenen is beter dan die van gewone brandwerende coatings.

Bovendien is de brandwerendheid van de nieuwe brandwerende plaat ook beter dan die van brandwerende coatings. De brandwerendheidsgraad is aanzienlijk hoger dan die van brandwerende en thermische isolatiematerialen uit staalconstructies van dezelfde dikte, en hoger dan die van opzwellende brandwerende coatings.

Duurzaam

Omdat de inkapselingsmaterialen zoals beton een goede duurzaamheid hebben, is het niet gemakkelijk om in de loop van de tijd hun prestaties te verslechteren; en duurzaamheid is altijd een probleem geweest dat vuurvaste coatings voor staalconstructies niet hebben kunnen oplossen.

Dunne en ultradunne brandvertragende coatings op basis van organische componenten kunnen, ongeacht of ze buiten of binnen worden gebruikt, problemen veroorzaken zoals ontbinding, afbraak, veroudering, enz.

Bouwbaarheid

De spuitmethode voor brandbeveiliging van staalconstructies is eenvoudig en gemakkelijk te construeren en kan zonder ingewikkeld gereedschap worden opgebouwd.

De constructiekwaliteit van de spuitmethode van brandvertragende coating is echter slecht en het is moeilijk om de roestverwijdering van het substraat, de laagdikte van de brandvertragende coating en de vochtigheid van de bouwomgeving te controleren; de constructie van de inkapselingsmethode is ingewikkelder, vooral voor diagonale beugels en stalen balken, maar de constructie Sterke beheersbaarheid en gemakkelijke kwaliteitsborging.

De dikte van het inkapselingsmateriaal kan nauwkeuriger worden gevarieerd om de brandweerstandslimiet te beheersen.

Bescherming van het milieu

De spuitmethode vervuilt het milieu tijdens de bouw, vooral onder invloed van hoge temperaturen kan het schadelijke gassen vervluchtigen. De inkapselingsmethode heeft geen giftige emissies in de bouw, normale gebruiksomgeving en hoge temperatuur van de brand, wat gunstig is voor de milieubescherming en de personeelsveiligheid bij brand.

Voordelig

De spuitmethode heeft de voordelen van een eenvoudige constructie, een korte bouwperiode en lage constructiekosten. De prijs van brandvertragende coatings is echter hoog en de onderhoudskosten zijn relatief hoog vanwege de tekortkomingen van coatings zoals veroudering.

De constructiekosten van de inkapselingsmethode zijn hoog, maar de gebruikte materialen zijn goedkoop en de onderhoudskosten zijn laag. Over het algemeen is de inkapselingsmethode economischer.

Toepasselijkheid

De spuitmethode wordt niet beperkt door de geometrie van de componenten en wordt vooral gebruikt voor de bescherming van balken, kolommen, vloeren, daken en andere componenten. Het is vooral geschikt voor brandbeveiliging van staalconstructies in lichte staalconstructies, roosterconstructies en speciaal gevormde staalconstructies.

De constructie van de inkapselingsmethode is ingewikkeld, vooral bij stalen balken, diagonale schoren en andere componenten. De inkapselingsmethode wordt over het algemeen gebruikt voor kolommen en het toepassingsgebied is niet zo breed als de spuitmethode.

Bezette ruimte

De brandwerende verf die bij de spuitmethode wordt gebruikt, heeft een klein volume, terwijl de inkapselingsmaterialen die bij de inkapselingsmethode worden gebruikt, zoals beton en vuurvaste stenen, ruimte in beslag zullen nemen en de bruikbare ruimte zullen verkleinen. En ook de kwaliteit van het inkapselingsmateriaal is groot.