Что можно сказать об огнестойкости промышленных стальных конструкций?

Промышленные стальные конструкции, хотя по своей природе и негорючие, подвержены значительной потере прочности и деформации под воздействием высоких температур, возникающих во время пожара. Это может привести к обрушению конструкции, создавая серьёзную угрозу для жизни и имущества. Поэтому огнестойкость является критически важным фактором при проектировании и строительстве промышленных стальных конструкций.

Огнестойкость промышленных стальных конструкций

1. Как пожар влияет на стальные конструкции:

Потеря прочности и жёсткости: Предел текучести и модуль упругости стали значительно снижаются с повышением температуры. Хотя сталь плавится только при температуре около 1300 °C, она может потерять примерно половину своей прочности уже при 650 °C, а структурная целостность может быть нарушена уже при 400 °C.
Термическое расширение и деформация: Сталь расширяется при нагревании. Если это расширение ограничить, оно может вызвать напряжения, приводящие к короблению, скручиванию или деформации элементов конструкции.
Повреждение соединений: Высокие температуры могут ослабить или разрушить болты, сварные швы и другие соединения, что ещё больше снижает общую устойчивость конструкции.
Микроструктурные изменения: Длительное воздействие очень высоких температур (выше 700–800 °C) с последующим быстрым охлаждением (например, водой для пожаротушения) может привести к необратимым изменениям микроструктуры стали, таким как образование хрупкого мартенсита, даже если видимая деформация минимальна.

2. Требования огнестойкости:

Строительные нормы и правила устанавливают требуемые пределы огнестойкости для различных типов зданий и их элементов, часто выражаемые в минутах (например, 30, 60, 90, 120, 180, 240 минут). Этот предел указывает время, в течение которого конструкция должна выдержать стандартное испытание на огнестойкость без разрушения, обеспечивая эвакуацию людей и проведение мероприятий по тушению пожара.
К факторам, влияющим на требуемую огнестойкость, относятся назначение здания, его высота, площадь, количество людей, а также тип и количество присутствующих горючих материалов.
«Критическая температура» стального элемента — это температура, при которой его несущая способность перестает выдерживать приложенные нагрузки. Эта температура варьируется в зависимости от свойств стали, приложенной нагрузки и коэффициента сечения (отношения площади видимого периметра к площади поперечного сечения).

3. Методы противопожарной защиты стальных конструкций:

Для достижения необходимой огнестойкости применяются различные методы пассивной огнезащиты (ПОЗ):
Вспучивающиеся покрытия: Эти покрытия, похожие на краску, значительно расширяются под воздействием тепла, образуя толстый изолирующий слой, который замедляет передачу тепла к стали. Они популярны благодаря своей эстетической привлекательности и относительно тонкому нанесению.
Варианты покрытий включают покрытия на водной основе, на основе растворителей и эпоксидные, каждый из которых обладает специфическими свойствами, касающимися отделки, условий нанесения и долговечности.
Огнезащитные плиты: Жесткие плиты из таких материалов, как силикат кальция или минеральная вата, механически крепятся к стальным элементам, обеспечивая надежную изоляцию. Они обеспечивают постоянную защиту независимо от влажности и ударопрочны.
Напыляемые огнестойкие материалы (SFRM): Эти покрытия на основе цемента или минерального волокна наносятся непосредственно на сталь, создавая толстый и прочный барьер, замедляющий передачу тепла. Они, как правило, экономичны и широко применяются.
Бетонная облицовка: Облицовка стальных элементов бетоном обеспечивает отличную огнестойкость, физически защищая сталь от прямого воздействия пламени. Несмотря на высокую эффективность и повышение прочности конструкции, этот метод значительно увеличивает вес и может быть трудоёмким.
Гибкие системы одеял: это специализированные одеяла, разработанные для конкретных применений и обеспечивающие надёжную защиту от тепла.
Водяные рубашки: в некоторых высокорисковых или критически важных приложениях полые стальные секции могут быть заполнены циркулирующей водой, которая поглощает и рассеивает тепло, поддерживая температуру стали ниже критической. Этот метод более сложен и требует значительного технического обслуживания.

4. Правила и стандарты:

Огнестойкость стальных конструкций регулируется различными национальными и международными строительными нормами и стандартами. Примерами служат ISO 834 (для испытаний на огнестойкость), EN 13381 (для определения огнестойкости конструктивных элементов) и строительные нормы, действующие в отдельных странах (например, пожарный кодекс SCDF в Сингапуре).
Эти стандарты регламентируют процедуры испытаний, критерии эффективности и классификации огнестойких материалов и систем.
Регулярные проверки и техническое обслуживание систем противопожарной защиты имеют решающее значение для обеспечения их постоянной эффективности, поскольку покрытия могут отслаиваться, а панели – трескаться со временем.
Подводя итог, можно сказать, что, хотя сталь является прочным строительным материалом, её поведение при пожаре требует применения специальных мер противопожарной защиты для обеспечения безопасности и целостности промышленных конструкций. Выбор метода противопожарной защиты зависит от таких факторов, как требуемая огнестойкость, эстетические соображения, условия окружающей среды и стоимость.