Brandbeveiligingsmaatregelen voor staalconstructies

 1. Brandwerendheidsgrens en brandwerendheid van staalconstructies 

De voordelen van hoge sterkte en ductiliteit zorgen ervoor dat staalconstructies een laag eigen gewicht, goede aardbevingsbestendigheid en een groot draagvermogen hebben. Bovendien kan een staalconstructie ter plaatse worden bewerkt, is de bouwtijd kort en kunnen de materialen worden gerecycled. Daarom worden staalconstructies zowel in binnen- als buitenland veelvuldig gebruikt in de bouw.

Staalconstructies hebben echter een achilleshiel: een slechte brandwerendheid. Om de sterkte en stijfheid van staalconstructies tijdens brand langdurig te behouden en de veiligheid van mensenlevens en eigendommen te garanderen, worden in de praktijk diverse brandbeveiligingsmaatregelen toegepast. Afhankelijk van het brandpreventieprincipe worden brandpreventiemaatregelen onderverdeeld in hittebestendige methoden en waterkoelingsmethoden. Hittebestendige methoden kunnen worden onderverdeeld in spuitmethoden en inkapselingsmethoden (holle inkapseling en massieve inkapseling). De waterkoelingsmethode omvat de watergietkoelingsmethode en de waterspoelkoelingsmethode. In dit artikel worden diverse brandpreventiemaatregelen gedetailleerd beschreven en hun voor- en nadelen vergeleken.
De brandwerendheidsgrens van een staalconstructie verwijst naar de tijd gedurende welke het constructieonderdeel zijn stabiliteit of integriteit en zijn adiabatische weerstand tegen brand verliest tijdens de standaard brandwerendheidstest.

Hoewel het staal zelf niet in brand zal vliegen, worden de materiaaleigenschappen ervan sterk beïnvloed door de temperatuur. De slagvastheid van staal neemt af bij 250 °C, en boven de 300 °C dalen de vloeigrens en de treksterkte aanzienlijk. Bij een daadwerkelijke brand blijft de belasting onveranderd, maar de kritische temperatuur waarbij de staalconstructie zijn statische evenwichtsstabiliteit verliest, ligt rond de 500 °C, terwijl de temperatuur bij een brand doorgaans 800 tot 1000 °C bedraagt. Hierdoor zal de staalconstructie bij hoge temperaturen snel plastische vervorming ondergaan, wat leidt tot lokale breuken en uiteindelijk tot het instorten van de gehele staalconstructie. Brandpreventiemaatregelen zijn daarom essentieel in staalconstructies om ervoor te zorgen dat het gebouw voldoende brandwerend is. Het is belangrijk te voorkomen dat de staalconstructie bij een brand snel opwarmt tot de kritische temperatuur, om overmatige vervorming die tot instorting kan leiden te voorkomen. Dit geeft waardevolle tijd voor brandbestrijding en evacuatie van personeel en beperkt de schade door de brand.

2. Brandbeveiligingsmaatregelen voor staalconstructies

Brandbeveiligingsmaatregelen voor staalconstructies worden volgens het principe onderverdeeld in twee categorieën: hittebestendige methoden en waterkoelingsmethoden. Het doel van beide methoden is hetzelfde: voorkomen dat de temperatuur van de componenten op een bepaald tijdstip boven de kritische temperatuur stijgt. Het verschil is dat de hittebestendige methode warmteoverdracht naar de componenten voorkomt, terwijl de waterkoelingsmethode warmteoverdracht naar de componenten mogelijk maakt en deze vervolgens afvoert.

2.1 Weerstandswarmte

De methode voor het aanbrengen van een brandvertragende coating, gebaseerd op de weerstand tegen hitte en de hittebestendigheid van het coatingmateriaal, wordt onderverdeeld in spuitmethoden en de methode van het aanbrengen van een coating met spuittechniek. De methode van het aanbrengen van een brandvertragende coating kan worden onderverdeeld in de holle coatingmethode en de massieve coatingmethode. 

2.1.1 spuitmethode

Over het algemeen wordt brandwerende verf aangebracht of gespoten op het oppervlak van staal, waardoor een vuurvaste isolerende beschermlaag ontstaat die de brandwerendheid van staalconstructies verbetert. Deze methode maakt gebruik van zeer lichte vuurvaste materialen die lang meegaan en de geometrie van de stalen componenten niet beperken. Het is economisch en praktisch, en breed toepasbaar. Er zijn veel verschillende soorten brandvertragende coatings voor staalconstructies, die grofweg in twee categorieën kunnen worden verdeeld: dunne brandvertragende coatings (type B), oftewel uitzettend brandvertragend materiaal voor staalconstructies; en dikke coatings (klasse H). Deze coatings zijn doorgaans 2-7 mm dik en bestaan ​​uit organische harsen met een bepaalde decoratieve werking. Bij een uitzettingsgrens van 0,5 tot 1,5 H bieden dunne, lichtgewicht brandvertragende coatings voor staalconstructies een goede trillingsbestendigheid en zijn geschikt voor onbedekte staalconstructies binnenshuis en lichte dakconstructies. Bij een brandwerendheid van 1,5 H en lager is het raadzaam om te kiezen voor een H-type brandvertragende coating met een dikte van 8 tot 50 mm, die doorgaans bestaat uit korrelige oppervlaktecoating. Anorganische thermische isolatiematerialen hebben een lagere thermische geleidbaarheid door hun lage dichtheid en een vuurvastheidsgrens van 0,5 tot 3,0 uur. Een dikke, brandvertragende coating voor staalconstructies is over het algemeen bestand tegen veroudering, duurzaamheid en betrouwbaarheid. Voor verborgen staalconstructies binnenshuis, inclusief meerlaagse fabrieksgebouwen, geldt dat wanneer de brandwerendheidsgrens hoger is dan 1,5 uur, een dikke, brandvertragende coating moet worden toegepast.

2.1.2 coatingmethode

1) Holle bekledingsmethode: over het algemeen worden brandwerende platen of bakstenen gebruikt om de stalen elementen langs de buitenrand te bekleden. In de binnenlandse petrochemische industrie wordt bij staalconstructies in werkplaatsen veelal gebruikgemaakt van bakstenen om de stalen elementen te beschermen. Deze methode heeft als voordeel een hoge sterkte en slagvastheid, maar als nadeel dat het meer ruimte inneemt en de constructie bemoeilijkt wordt. Vuurvaste lichte platen, zoals vezelversterkte cementpleisterplaten, kunnen ook worden gebruikt als brandwerende bekleding voor grote stalen componenten. Deze methode biedt lage kosten, een glad oppervlak, is milieuvriendelijk en bestand tegen veroudering. Het heeft goede vooruitzichten voor verdere ontwikkeling. 2) Massieve bekledingsmethode: over het algemeen wordt beton gestort om de stalen elementen te bekleden. Zo worden de stalen constructieonderdelen volledig afgesloten. Een voorbeeld hiervan zijn de stalen kolommen van het Shanghai Pudong Financial Center. Het voordeel hiervan is de hoge sterkte en slagvastheid, maar het nadeel is dat de betonbekleding veel ruimte inneemt en de constructie bemoeilijkt wordt, met name bij stalen balken en schuine schoren.

2.2 Waterkoelingsmethode

Waterkoelingsmethoden omvatten de methode van koelen door water over de bodem te gieten en de methode van koelen door water bij te vullen.

2.2.1 Koelmethode met waterdouche

De sproeikoelingsmethode houdt in dat een automatisch of handmatig sproeisysteem op het bovenste gedeelte van de staalconstructie wordt aangebracht. In geval van brand wordt het sproeisysteem geactiveerd om een ​​continue waterfilm op het oppervlak van de staalconstructie te vormen. Wanneer de vlammen zich naar het oppervlak van de staalconstructie verspreiden, voert de verdamping van het water de warmte af en vertraagt ​​het de temperatuurgrens van de staalconstructie. De watersproeikoelingsmethode wordt toegepast in het gebouw van de Faculteit Civiele Techniek van de Tongji Universiteit.

2.2.2 Koelmethode met water

Bij de waterkoelingsmethode worden holle stalen elementen met water gevuld. Door de circulatie van water in de staalconstructie wordt de warmte die het staal zelf absorbeert, afgevoerd. Hierdoor blijft de staalconstructie tijdens brand op een lage temperatuur en verliest deze zijn draagvermogen niet door een te hoge temperatuurstijging. Om roest en bevriezing te voorkomen, wordt er een roestwerend middel en antivriesmiddel aan het water toegevoegd. De stalen kolommen van het 64 verdiepingen tellende gebouw van de US Steel Company in Pittsburgh worden met water gekoeld.

3. Vergelijking van brandpreventiemaatregelen

De warmte-isolatiemethode kan de warmtegeleidingssnelheid naar de constructieonderdelen vertragen door middel van warmte-isolerend materiaal. Over het algemeen is de warmte-isolatiemethode economisch en praktisch en wordt deze veelvuldig toegepast in projecten. De waterkoelingsmethode is een effectieve beschermingsmaatregel tegen brand, maar is in de bouwsector nog niet wijdverbreid vanwege de specifieke eisen die aan het constructieontwerp worden gesteld en de hoge kosten.

De methode van thermische weerstand wordt veel gebruikt bij de brandbeveiliging van staalconstructies. Daarom worden in het volgende de voor- en nadelen van de spuitmethode en de bekledingsmethode vergeleken als het gaat om maatregelen voor thermische weerstand.

3.1 brandwerendheid

Wat betreft brandwerendheid is de bekledingsmethode superieur aan de spuitmethode. De brandwerendheid van beton, vuurvaste stenen en andere bekledingsmaterialen is beter dan die van gangbare brandwerende coatings. Bovendien is de brandwerendheid van de nieuwe brandwerende plaat ook beter dan die van brandwerende coatings. De brandwerendheidsgrens is aanzienlijk hoger dan die van brandwerend isolatiemateriaal voor staalconstructies van dezelfde dikte, en zelfs hoger dan de uitzetting van brandwerende coatings.

3.2 de duurzaamheid

Omdat gevelbekledingsmateriaal zoals beton duurzamer is en daardoor minder snel verslechtert, is de duurzaamheid van brandvertragende coatings voor staalconstructies vaak een zwak punt. Zowel binnen als buiten kunnen de organische componenten van dunne en ultradunne brandwerende coatings ontbinden, degraderen, verouderen en andere problemen veroorzaken, waardoor de coating kan afbladderen of zijn brandwerende eigenschappen kan verliezen.

3.3 constructie

Het spuiten van brandwerende coatings voor staalconstructies is eenvoudig en kan zonder ingewikkelde gereedschappen worden uitgevoerd. De kwaliteitscontrole van de spuitcoating is echter beperkt; het ontroesten van het basismateriaal, de laagdikte en de luchtvochtigheid in de bouwomgeving zijn moeilijk te controleren. De bekledingsmethode is complexer, met name voor schuine schoren en stalen balken, maar de uitvoering is wel beheersbaar en de kwaliteit is gemakkelijk te garanderen. De brandwerendheid kan nauwkeurig worden geregeld door de dikte van het bekledingsmateriaal aan te passen.

3.4 Milieubescherming

Spuitmethoden vervuilen het milieu tijdens de bouw, vooral bij hoge temperaturen, omdat er dan schadelijke gassen kunnen vrijkomen. Bij de bouw, in een normale gebruiksomgeving en bij hoge temperaturen tijdens een brand, komen er geen giftige stoffen vrij. Dit is gunstig voor de bescherming van het milieu en de veiligheid van personeel bij brand.

3,5 economie

De spuitmethode is eenvoudig, de bouwtijd is kort en de bouwkosten zijn laag. De prijs van de brandwerende coating is echter hoog, en omdat de coating nadelen heeft zoals veroudering, zijn de onderhoudskosten hoger. De bouwkosten van de inkapselingsmethode zijn hoog, maar de materiaalkosten zijn laag en de onderhoudskosten zijn gering. Over het algemeen is de inkapselingsmethode economisch gezien het meest efficiënt.

3.6 Toepasselijkheid

De spuitmethode is niet beperkt door de geometrie van de componenten en wordt veel gebruikt voor de bescherming van balken, kolommen, vloeren, daken en andere onderdelen. Het is met name geschikt voor de brandbeveiliging van lichte staalconstructies, rasterconstructies en staalconstructies met speciale vormen. De bekledingsmethode is complexer in de uitvoering, vooral voor stalen balken en schuine schoren. De bekledingsmethode wordt over het algemeen meer gebruikt voor kolommen en de spuitmethode wordt niet veel toegepast.

3.7 Bezette ruimte

Bij de spuitmethode is het volume van de brandvertragende coating klein, terwijl bij de omhullende methode omhullende materialen zoals beton en vuurvaste bakstenen te gebruiken, meer ruimte in beslag nemen en de beschikbare ruimte beperken. Bovendien is de kwaliteit van de omhullende materialen doorgaans hoger.

 4. Samenvatten

Uit de discussie kunnen de volgende conclusies worden getrokken:

1) Bij het treffen van brandbeveiligingsmaatregelen voor staalconstructies moet rekening worden gehouden met de invloed van vele factoren, zoals het type component, de moeilijkheidsgraad van de constructie, de eisen aan de bouwkwaliteit, de eisen aan de duurzaamheid en de economische voordelen;

2) Bij een vergelijking tussen de spuitmethode en de inkapselingsmethode blijken de belangrijkste voordelen van de spuitmethode de eenvoud van het productieproces en het feit dat het uiterlijk van de componenten na het spuiten niet veel verandert. De belangrijkste voordelen van de inkapselingsmethode zijn de lage kosten, de goede brandwerendheid en de duurzaamheid.

3) Alle soorten brandpreventiemaatregelen hebben hun eigen voor- en nadelen. In de praktijk kunnen ze van elkaar leren en elkaars tekortkomingen compenseren. Bovendien kunnen verschillende maatregelen worden genomen om meerdere brandwerende linies op te zetten.

Met een modern magazijn en verwerkingsfaciliteit in Noord-China kunnen wij u een uitgebreid assortiment staalproducten leveren: warmgewalst en koudgewalst, inclusief een grote verscheidenheid aan handelsstaven, constructie- en buisproducten. Met plasma-, laser- en autogeen snijmachines, CNC-plaatboormachines, plasmamarkeermachines en een volledig uitgeruste boorlijn kunnen wij al uw staalproducten op maat snijden, boren, stempelen en gereed voor gebruik leveren.

Ons productassortiment:

1. Stalen buis(Rond / Vierkant / Speciale vorm / SSAW)
2. Elektrische buis(EMT/IMC/RMC/BS4568-1970/BS31-1940)
3. Koudgevormd stalen profiel(C /Z /U/ M )
4. Stalen hoekprofielen en balken(V-hoek / H-balk / U-balk)
5. Stalen steigersteun
6. Stalen constructie(Kaderwerken)
7. Precisiebewerking op staal(snijden, richten, vlakken, persen, warmwalsen, koudwalsen, stempelen, boren, lassen, enz. Volgens de eisen van de klant)

Van constructiestaal, bewerkingsstaal en buisstaal tot commerciële pijpen en staven voor de handel: wij hebben alle staalproducten en -diensten die u nodig heeft voor huishoudelijk, commercieel en industrieel gebruik.

Tianjin Rainbow Steel Group Co., Ltd.

Tina

Mobiel: 0086-13163118004

E-mail:tina@rainbowsteel.cn

Wechat: 547126390

Web:www.rainbowsteel.cn

Web:www.tjrainbowsteel.com