Вогнестойкасць нержавеючай сталі: як канструкцыі сталёў вядуць сябе ў бяспекі будынкаў і сістэмах пажарнай абароны

Вогнестойкасць нержавеючай сталі: як канструкцыі сталёў вядуць сябе ў бяспекі будынкаў і сістэмах пажарнай абароны

У эпоху высокіх будынкаў і складанай інфраструктуры пажарная бяспека з'яўляецца абавязковым слупам праектавання канструкцыяў. Тым не менш, традыцыянальнае ўглероднае сталь доўгі час выкарыстоўвалася, але яе істотныя страты міцнасці пры павышаных тэмпературах з'яўляюцца істотным недолікам. Нерасчынны металь інжынеры ўсё часта выкарыстоўваюць яго з-за высокай стойкасці да агню, што павялічвае бяспеку, канструкцыйную цэласнасць і патэнцыяльна зменшае выдаткі на працягу ўсяго жыццёвага цыклу ў сучасных сістэмах пажарнай абароны.

У артыкуле апісваюцца эксплуатацыя нержавеючай сталі ў агнявых умовах, прадстаўлены абгрунтаваныя дадзенымі прычыны яе выкарыстання ў прыкладаннях, дзе бяспека крытычная.

Крытычная слабасць вугляроджавай сталі пры пажары

Галоўнай прычынай канструкцыйнага зрушэння падчас пажараў з'яўляецца не плаўленне, а хуткі страты міцнасці і жорсткасці паступова зніжаюцца з павелічэннем тэмпературы. Гэта і ёсць слабае месца вугляроджавай сталі:

• Крытычная температура: Вугляроджавая сталь захоўвае прыблізна 60% пакаёвай міцнасці пры тэмпературы 500°C (932°F). На 600°C (1112°F) той час яе міцнасць звычайна зніжаецца да 40%, гэты крытычны ўзровень часта вызначае патрэбу ў сістэматычнай пажарнай абароне.

• Залежнасць ад абароны: Для адпаведнасці паказчыкам агнестойкасці (напрыклад, 60, 90, 120 хвілін) элементы з вуглаводароднай сталі павінны быць моцна ізаляваны агнезахоўнымі пласцінамі ці агнеўмывамі, што дадае выдаткаў, складанасці і аб'ёму ў канструкцыю.

Чаму няржавеючая сталь лепш за ўсё вытрымлівае агонь

Няржавеючая сталь мае фундаментальна лепшыя характарыстыкі пры высокай тэмпературы дзякуючы свайму матэрыялу і ўласцівасцям:

1. Захаванне высокай трываласці пры павышанай тэмпературы: Гэта найбольш істотная перавага. Няржавеючыя сталі захоўваюць значна большы працэнт сваёй пачатковай трываласці і жорсткасці пры павелічэнні тэмпературы ў параўнанні з вуглаводароднай стальню.

   • Пры 600°C (1112°F): Аўстынітныя маркі (напрыклад, 1.4301/304, 1.4401/316) звычайна захоўваюць больш за 60% свайго пачатковага ўзроўню трываласці пры камнатнай тэмпературы (0,2% прыдатнасць). Дуплексныя маркі (напрыклад, 1.4462/2205) могуць захоўваць больш за 70% .

   • Гэта больш высокая ўласная эфектыўнасць часта можа скараціць аб'ём неабходнай агнезахоўнай абароны або, у некаторых выпадках, поўнасцю выдаліць яе для пэўных элементаў.

2. Высокая тэмпература плаўлення: Нержавеючыя сталі маюць дыяпазон плаўлення прыкладна 1400-1450°C (2552-2642°F) , што вышэй, чым у вугляроджанай сталі, і значна перавышае тэмпературы, якія выкарыстоўваюцца ў большасці стандарных выпрабаванняў на агнестойкасць (якія дасягаюць максімуму ~1100°C).

3. Нізкая цеплаправоднасць: У нержавеючай сталі цеплаправоднасць на 25-30% ніжэйшая , чым у вугляроджанай сталі. Гэта азначае, што цеплыня распаўсюджваецца праз матэрыял больш павольна, у выніку чаго тэмпература з неабцятыстай бакавы з'яўляецца ніжэйшай, а таксама ніжэйшая ў цэнтры перасеку пасіўнага элемента падчас пажару. Гэта спавольняе агульнае нагрэванне канструкцыі.

4. Высокая ўдзельная цеплынная лёгкасць: Нержавеючае сталь мае большую ўдзельную цеплыенную лёгкасць, чым вугляродная сталь, што азначае, што яна патрабуе больш энергіі для павышэння тэмпературы . Гэта працуе як "цёплаадваджанне", яшчэ больш спавольняючы павышэнне тэмпературы.

Праца здольнасць асноўных канструкцыйных марак

Розныя тыпы нержавеючай сталі прапануюць розныя перавагі:

Практычны прыклад: Нагружаны слуп з дуплекснай нержавеючай сталі можа заставацца стабільным доўжэй у асноўным, чым эквівалентны слуп з вуглаводароднай сталі. Яго больш высокая захаваная міцнасць можа дазволіць дызайнерам выкарыстоўваць меншы перасек ці тонкі слой аценьня ад пажару для дасягнення таго ж паказчыка вогнестойкасці (R30, R60 і г.д.).

Эканамічныя і канструктарскія перавагі ў абароне ад пажару

Выкарыстанне нержавеючай сталі змяняе эканоміку бяспекі ад пажару:

• Зменшаная абарона ад пажару: Самы прытомны зашчыт сродкаў ідзе ад магчымасці зменшыць таўшчыню матэрыялаў для абароны ад пажару (напрыклад, пашыраныя фарбы, пласкія панэлі) або адмены абароны для дадатных канструкцыяў. Гэта можа спрасціць будаўніцтва і зменшыць выдаткі на матэрыялы і працоўныя рэсурсы.

• Канструкцыя для цяжкіх умоў эксплуатацыі: Нержавеючая сталь з'яўляецца матэрыялам выбару для сістэм пажарнай бяспекі, у тым ліку:

  • Трубаправоды для армошчыкаў: Яе каразійная стойкасць забяспечвае тое, што трубы не забіваюцца накіпам ці іржой, што гарантаваць надзейнасць сістэмы на працягу дзесяткаў гадоў.

  • Дымавыя каналы: Павінны захоўваць цэласнасць пры высокай тэмпературы; нержавеючая сталь стойкая да дэфармацыі і карозіі.

  • Вогнезахоўныя дзверы і фурнітура: Кампаненты павінны застацца функцыянальнымі і пазбягаць заканчэння падчас пажару.

• Цэласнасць пасля пажару: Пасля пажару канструкцыя з нержавеючай сталі, хутчэй за ўсё, будзе падлягаць ратаванню. Яна не падвяргнецца таго ж узроўню пастаяннай дэфармацыі і мікраскопічнага пашкоджання, што і вуглаводародная сталь, якую часта можна толькі знішчыць і замяніць.

Пацверджанне ў рэальным жыцці: выпрабаванні Кардынгтон

Поўнамаштабныя выпрабаванні пажару, праведзеныя ў лабараторыі BRE Кардынгтон у Вялікабрытаніі, паказалі выдатныя характарыстыкі канструкцыяў з нержавеючай сталі. Тэставы будынак з аўстытнымі (марка 304) і двухфазнымі (марка 2205) балкамі і калонамі падвяргаўся цяжкаму пажару. Вынікі пацвердзілі:

• Канструкцыя перажыла пажар без абвалу.

• Тэмпература ў элементах з нержавеючай сталі была значна ніжэй, чым у эквівалентнай канструкцыі з вуглаводароднай сталі, з-за нізкай цеплаправоднасці.

• Затым, што дэфармацыі былі мінімальнымі, патвярдзілася магчымасць рамонту і паўторнага выкарыстання.

Вывад: Стратэгічны матэрыял для сучаснай пажарнай бяспекі

Нержавеючая сталь больш не з'яўляецца проста матэрыялам для эстэтычнай абудовы ці агрэсіўных асяроддзяў. Яна мае высокія механічныя характарыстыкі пры высокіх тэмпературах што робіць яе стратэгічным інжынерным выбарам для павелічэння бяспекі будынкаў і іх стойкасці да пажараў

Хоць пачатковая кошт матэрыялу і вышэй, чым у вуглаводароднай сталі, агульную кошт праекта трэба ацэньваць з улікам наступнага:

• Зменшаныя выдаткі на тэхнічнае абслугоўванне на працягу усяго тэрміну эксплуатацыі

• Магчымая эканомія сродкаў на пажарнай абароне

• Няцэннае перавага павелічэння бяспекі і зменшанага рызыкі разбурэння канструкцыі

• Магчымасць паўторнага выкарыстання матэрыялу пасля пажару

Для інжынераў, якія распрацоўваюць высокарызыкавыя, высокакоштоўныя ці знакамыя канструкцыі, дзе бяспека з'яўляецца прыярытэтам, маркі нержавеючай сталі для канструкцыяў забяспечваюць магутнае, надзейнае і ў выніку эканамічнае рашэнне для выканання і перавыканання сучасных выклікаў у галіне абароны ад пажару.