Противопожарная безопасность в стальных конструкциях

Противопожарная безопасность в стальных конструкциях
Противопожарная безопасность в стальных конструкциях

Неподвижные конструкции против подвижных сборных конструкций.
Одна из самых критических проблем в промышленности противопожарной защиты сегодня – тема неподвижной и подвижной сборных конструкций. Это важно, потому что непонимание этой темы может привести к несоответствующей противопожарной защите и преждевременному разрушению защищенной каркасной постройки из стальной конструкции.

Многие не знают, что процедура испытаний на огнестойкость, используемая для проектирования пассивной противопожарной защиты стальной конструкции, признает две различные формы поддержки концевой опоры для балок, испытываемых в сборных конструкциях кровли и пола. Концы балок могут быть испытаны в полностью неподвижном или полностью подвижном состоянии.

С точки зрения инженера-строителя, наиболее распространенными формами стальных каркасных конструкций считаются структурно неподвижные в некоторой степени, и, конечно, при температуре окружающей среды это правильно. Главный вопрос, однако, состоит в том, является ли одна и та же сборная конструкция термически неподвижной при повышенных температурах, как это определено Лабораторией по технике безопасности (Underwriters Laboratories Inc (UL)). Другими словами, будет ли конструкция оставаться неподвижной и сможет ли поддерживать расчетные нагрузки, когда температура стали приблизится до 1100°F. Если выразиться таким образом, немного архитекторов или инженеров смогли бы ответить на этот вопрос положительно.

В реальности в неподвижной сборной конструкции конструкция, окружающая балки пола (основные элементы каркаса и прилегающие площади пола), сможет противостоять сжимающему усилию на них, вызванному тепловым расширением балок пола. Поскольку балки в неподвижной сборной конструкции имеют номинальный предел меньше, чем сама сборная конструкция, они начнут разрушаться в определенном режиме, что все еще позволяет конструкции поддерживать расчетную нагрузку, а также предотвращать прохождение тепла к неэкспонированной поверхности пола или крыши.

Сборная конструкция, которая структурно неподвижна при температурах окружающей среды, но не термически неподвижна в условиях пожара, возможно, не сможет поддерживать расчетную нагрузку конструкции в течение необходимого промежутка времени, или может передать слишком много тепла к неэкспонированной поверхности сборной конструкции. Чтобы понять различие между неподвижной и подвижной сборными конструкциями, необходимо сначала немного понять роль противопожарной обработки методом напыления: как это работает и как это испытывается.

Очевидно, что конструкционная сталь является негорючим материалом, однако непрерывная высокая температура при пожаре может серьезно повредить незащищенную сталь. Конструкционная сталь потеряет приблизительно 50% своей грузоподъемности, когда температура приблизится к 1100°F. Противопожарная защита прикрывает сталь и изолирует её, сохраняя сталь при температуре ниже точки, где прочность конструкции находится под угрозой. Чтобы определить величину противопожарной защиты, требуемой для достижения этой цели, UL проводит испытания противопожарной продукции в соответствии со стандартом ASTM E119 (UL 263). Результаты испытаний публикуются в каталоге UL, где указывается толщина и плотность материала, а также инструкции о том, как построить сборную конструкцию, чтобы достигнуть различных уровней почасового номинального предела.

Важно отметить, что процедура испытаний ASTM E119 была разработана в 1918 году, и хотя типы конструкций и содержимое зданий изменились за эти годы, основные общие критерии испытаний ASTM E119, за исключением нескольких незначительных тонкостей, не изменились. ASTM E119 представляет собой стандартизированный метод испытаний, который предоставляет способ, с помощью которого характеристики одного материала можно сравнить с характеристиками другого при очень определенных условиях.

Многие проектировщики полагают, что, если на сборную конструкцию на стройплощадке нанести напыление в соответствии с двухчасовым UL испытанием сборной конструкции, то конструкция останется нетронутой в течение двух часов, выдерживая небольшое повреждение или вообще не имея его. Это не всегда верно. Насколько хорошо работает реальная конструкция относительно проекта сборной конструкции, в значительной степени зависит от того, насколько близко имитирует пожар стандарт испытаний ASTM, реального состояния неподвижности и степени противопожарной защиты реально примененной к стали. К сожалению, степень противопожарной защиты, необходимая для того, чтобы должным образом защитить здание, является предметом дебатов.

Классификация

Многие каркасные здания из конструкционной стали разрабатываются с учетом того, что они "термически неподвижны".

Стандарт ASTM E119, используемый Лабораторией по технике безопасности(UL) для испытания огнестойкости материалов, определяет классификации для следующих сборных конструкций перекрытия пола и крыши:

● неподвижная сборная конструкция;

● подвижная балка подвижная;

● сборная конструкция;

● неподвижная балка.

Существует неразбериха в промышленности относительно номинального предела балки и номинального предела сборной конструкции. Говоря кратко, толщина противопожарной защиты, необходимая для номинального предела балки в течение двух часов, – это величина, которая предохранит балку от температуры 1100°F для требуемого почасового предела в лабораторных условиях. Номинальный предел сборной конструкции, однако, касается того, как ведет себя во время пожара вся конструкция пола и крыши и насколько хорошо она поддерживает расчетную нагрузку. Критерии пригодности различны для номинального предела сборной конструкции по сравнению с номинальным пределом балки.

В зависимости от того, считается ли сборная конструкция подвижной или неподвижной, номинальный предел балки может быть приравнен к номинальному пределу сборной конструкции. Номинальные пределы неподвижной сборной конструкции, подвижной сборной конструкции и неподвижной балки определяются испытаниями ASTM E119. Номинальный предел подвижной балки определяется другим испытанием и здесь не обсуждается.

Критерии испытаний ASTM E119 приблизительно следующие:

1. образец должен выдерживать приложенную нагрузку в течение периода классификации;

2. температура неэкспонированной поверхности не должна зажигать ветошь или превышать на 250°F температуру окружающей среды;

3. температура стали в любой точке на стали не должна превышать 1300°F;

4. средняя температура стали в любой точке не должна превышать 1100°F.

Для номинального предела подвижной сборной конструкции температурные ограничения на балках действуют в действительности в течение полного почасового периода классификации, что означает, если пункты 1 и 2 не нарушены, что испытания продлятся до нарушения температурных критериев (пункты 3 и 4). Как только температурные критерии превышены, толщина противопожарной защиты, необходимая для номинального предела подвижной сборной конструкции и подвижной балки, определяется для 1, 2, 3 или 4 часов.

Чтобы достичь номинального предела неподвижной сборной конструкции, те же самые испытания продолжаются в течение периода, в два раза превышающего почасовой номинальный период балки, или до тех пор, пока температура на неэкспонированной поверхности превышает на 250°F температуру окружающей среды (температура, при которой воспламеняется ветошь), или когда сборная конструкция больше не может поддерживать расчетную нагрузку. Это означает, что в течение двух часов неподвижная сборная конструкция может иметь балки в сборной конструкции с одночасовым номинальным пределом. В реальности эти же самые балки, вероятно, испытали бы существенное коробление и провисание в течение первого часа пожара. Несмотря на состояние балок, пока сборная конструкция не разрушится или пока температурные критерии для неэкспонированной поверхности не нарушатся, проект отвечает требованиям UL для термически неподвижной сборной конструкции.

Неподвижные сборные конструкции всегда будут испытывать большее структурное повреждение, чем подвижные сборные конструкции, потому что балки не имеют такой же противопожарной защиты. В течение двухчасового испытания неподвижной сборной конструкции надежда состоит в том, что, хотя балки пола, вероятно, разрушатся ранее двух часов, полностью сборная конструкция пола не разрушится. Проблема состоит в том, что размер и конструкция испытываемой сборной конструкции, возможно, не представляют реальную конструкцию в здании. Например, испытываемая UL сборная конструкция имеет ширину 14 футов, длину 17 футов, что намного меньше, чем типичная блок-секция в здании. Будет ли тридцати- или сорокофутовая блок-секция отвечать требованиям Лаборатории по технике безопасности для термически неподвижной сборной конструкции? Сможет ли сборная конструкция пола или крыши поддерживать необходимые расчетные нагрузки в течение установленного периода, а также не допустить прохождение тепла к неэкспонированной поверхности? Реальность такова, что сама конструкция может не соответствовать условиям испытания UL действительно термически неподвижной сборной конструкции.

Рекомендации

1. Чтобы определить, является ли сборная конструкция неподвижной или подвижной, необходимо обладать знанием строительных норм и правил и каталога UL. Раздел 714.1 "Международных строительных норм и правил" за 2003 год гласит: "Предел огнестойкости элементов конструкции и сборных конструкций должен соответствовать требованиям, предъявляемым к типу конструкции, и не должен быть меньше предела, требуемого для поддержания расчетной огнестойкости сборной конструкции". Это означает, что балки в сборной конструкции с расчетным двухчасовым пределом должны быть защищены в течение двух часов. К сожалению, данный параграф в нормах часто игнорируется или неправильно истолковывается.

2. Правильный способ придать огнестойкость неподвижной сборной конструкции состоит в том, чтобы включить испытание основных элементов каркаса в полную почасовую классификацию, что требуется нормами в соответствии с сериями балок "N" и "S", только в проекте используются критерии для подвижных сборных конструкций. Балки пола или крыши могут быть защищены с использованием тех же самых проектов UL, но напыление наносится согласно критериям неподвижных сборных конструкций.

3. Чтобы упростить процедуру и обеспечить надлежащую противопожарную защиту в любых условиях, необходимо обозначить противопожарную защиту, которая должна применяться в соответствии с требованиями толщины подвижной сборной конструкции.

Таким образом, существует целый ряд причин для обозначения сборных конструкций как подвижных.

a). Существует много путаницы в том, что представляют собой термически неподвижные сборные конструкции. Многие архитекторы, инженеры, чиновники строительных норм и правил и противопожарные подрядчики просто не понимают различия между неподвижными и подвижными сборными конструкциями, и тем, как проектировать и защищать их. Многие решения, обозначающие сборные конструкции как неподвижные, основываются на мнениях из документов и на комментариях, и делаются выводы, что все стальные каркасные конструкции – неподвижные. Тем не менее, UL и другая документация по неподвижным сборным конструкциям призывают проектировщиков выполнять расчеты, чтобы определить неподвижность, и соблюдать осторожность при обозначении сборных конструкций как неподвижных. Нормы IBC указывают, что сборные конструкции могут быть обозначены как неподвижные, если дипломированный профессиональный проектировщик может доказать, что это так. В другом месте в нормах также указывается, что номинальный предел балки должен равняться номинальному пределу сборной конструкции, что отрицает использование неподвижной сборной конструкции двухчасового номинального предела с одночасовыми подвижными балками.

б). Существует неразбериха относительно типа повреждения, который может случиться в неподвижной сборной конструкции. Многие проектировщики считают, что, если сборная конструкция действительно неподвижная, она будет работать так же, как подвижная сборная конструкция. Дело обстоит не так. Решая определить сборную конструкцию как неподвижную или подвижную, проектировщик, среди прочего, должен учитывать такие факторы, как использование здания, риск для жителей и ожидания владельца.

в). Стандарт UL 263 (ASTM E119), возможно, не отражает сегодняшние пожары. Тот факт, что пол напыляется в соответствии с двухчасовым номинальным пределом UL для сборных конструкций, не дает гарантии, что он фактически выдержит нагрузку в течение 2 часов. Добавьте к этому возможность неправильной защиты балок пола и основных элементов, и результаты реального пожара могут быть разрушительными.

г). Толщина подвижной сборной конструкции лучше защищает сталь, потому что это обеспечивает большую огнестойкость стали. Разница в стоимости между надлежащим образом защищенной неподвижной сборной конструкцией и подвижной сборной конструкцией незначительна. Однако стоимость, предоставленная добавочной гарантией надлежащей защиты, огромна.

Обозначение сборных конструкций как подвижные гарантирует, что вы соприкоснетесь с важностью норм в любой части страны, предельной ответственностью, и обеспечит самую лучшую защиту для здания, требуемую нормами.

 

Закрыть