Огнестойкость стальных элементов
Конструкционная сталь считается эффективным материалом для производства строительных элементов, но, к сожалению, она имеет важный недостаток, заключающийся в усеченной способности противостоять действию повышенных температур в условиях пожара. Например, при тестированиях стальные колонны разогреваются до критической температуры 500 °С менее чем за 15 мин. Следовательно, для обеспечения нормированных пределов огнестойкости стальные системы следует оберегать огнезащитными покрытиями. Ранее для этой цели могли использовать кирпич и бетон, хотя в последние годы все шире начали принимать на вооружение более нетяжелые материалы, дающие финансовый эффект с помощью снижения своей массы стального каркаса помещения и удешевления цены работ по приспособлению фундаментов.
Способы огнезащиты стальных колонн подробно описаны в Строительных Нормах и Правилах, хотя все они применимы лишь к стальным колоннам, личная масса которых составляет более 45 кг на 1 м длины. Первопричина подобного лимитирования заключается в том, что для тестирования на огнестойкость практически постоянно используют типовой прототип в виде двутавра с поперечным сечением 200X200 мм (по контуру), масса которого 52 кг/м.
Если подвергнуть огневым тестированиям легкий стальной прототип тонкостенного сечения, то вследствие более невысокой теплоемкости предел его огнестойкости при одной и той же толщине защитного материала окажется ниже предела огнестойкости стального элемента типового сечения. И наоборот, тяжелый стальной блок с более массивным сечением из-за высокой теплоемкости Теплоемкость – способность материала аккумулировать тепловую энергию, Удельная теплоёмкость — это количество тепла, которое необходимо передать 1 кг данного материала, чтобы повысить его температуру на 1 град.С. станет иметь предел огнестойкости выше, чем элемент типового сечения. Чем больше поперечное сечение стальной колонны, тем меньшая огнезащита потребуется для обеспечения нормированного предела огнестойкости колонны. При всем при этом на практике известны варианты применения этих металлоемких колонн, нужный предел огнестойкости которых достигается без какой-либо огнезащиты.
Некоторые стандартные решения обороны стальных колонн от пожара, обеспечивают нормированные пределы их огнестойкости от 0,5 до 4 ч.
На основе теоретических изысканий возможно рассчитать необходимую толщину огнезащитного покрытия либо облицовки колонн рассматриваемого типа. Способ расчета основан на использовании закона подобия процессов теплопередачи при огневых тестированиях двух стальных элементов, имеющих разное поперечное сечение, хотя одинаковое защитное покрытие либо облицовку. Исходя из установленных параметров и целей расчета этим способом можно определить необходимый предел огнестойкости Способность конструкций и изделий в течение определенного времени выдерживать без разрушения воздействие высоких температур. защищенных стальных деталей и нужную степень их огнезащиты, в случае если известны сообразные данные огнестойкости элемента типового поперечного сечения.
Не взирая на известные плюсы расчетного метода, пределы использования формулы усечены рамками разрешенной погрешности. Наилучшее совпадение расчета с навыком достигается при применении огнезащитных материалов не очень большой плотности.
Новый способ увеличения огнестойкости стального каркаса заключается в производстве сборных колонн с повышенными физикомеханическими данными составных частей. Колонны этого типа состоят из полых стальных элементов, переполненных или не переполненных внутри бетоном Группа строительных материалов, представляющая собой искусственный камень, состоящий из затвердевшей смеси вяжущих веществ (цемент, битум и т. д.), воды, заполнителей (песок, гравий, щебень, шлак) и различных добавок. По назначению бетоны подразделяются на конструкционные и специальные. По средней плотности – на особенно тяжелые (свыше 2500 кг/см куб.), тяжелые (1200–2200), легкие (600–1200) и особенно легкие (до 500 кг/см куб.). Бетоны подразделяются также по виду вяжущего, структуре, виду заполнителей. По прочности на сжатие выделяют марки бетона: тяжелого – 100, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 600, 700, 800; легкого – 25, 35, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400., которые с наружной стороны по всему силуэту защищены слоем вермикулитобетона и оболочкой из чувствительной или нержавеющей стали. Благодаря внедрению колонн с повышенной огнестойкостью обнаружилась возможность массового фабричного производства защищаемых стальных деталей и экономного применения стали, исключались работы по приспособлению огнезащиты на месте.
2 метод увеличения огнестойкости домов основан на производстве стального каркаса из трубообразных либо полых колонн закрытого профиля, переполненных водой. Огневые тестирования подобной системы показали, что предел огнестойкости этих колонн приблизительно на 15 мин выше незаполненных колонн.
В условиях пожара охлаждение нагреваемых стальных колонн предусматривается: стремительным заполнением их водой от магистральной линии водоснабжения через напорный бак; нескончаемой циркулированием воды внутри системы в зоне, охваченной пожаром; подачей водяных потоков непосредственно на обогреваемые плоскости колонн из механически срабатываемых форсунок. Во всех вариантах подключение водяной системы в действие и контроль за ее работоспособностью осуществляются при помощи устройств, снабженных теплочувствительными датчиками. Для увеличения огнестойкости Способность конструкций и изделий в течение определенного времени выдерживать без разрушения воздействие высоких температур. строительного ансамбля "U. S. Steel Building ", который сегодня сооружается в Питтсбурге (США), по плану намечено заполнение водой внешних стальных колонн. Этот план вызывает сомнения: неясно, какова прочность водозаполненных стальных систем из-за вероятной коррозии, своеобразных отличительных черт их эксплуатации и ремонта, а кроме того различных финансовых аспектов, которые требуют дальнейшего детального изучения.