سازه فولادی به دلیل استحکام و انعطاف پذیری بالا ، دارای خصوصیات وزن سبک ، عملکرد لرزه ای مناسب و ظرفیت تحمل بزرگ است. در عین حال ، ساختار فولادی در مزرعه با مدت ساخت کوتاه قابل پردازش است و مواد قابل بازیافت هستند. بنابراین ، هم از ساختمانهای داخلی و خارجی از سازه های فلزی استفاده های گسترده ای شده است.
میزان مقاومت در برابر آتش سازه فولادی به زمانی گفته می شود که عضو در طی آزمایش استاندارد مقاومت در برابر آتش ، ثبات یا یکپارچگی و عایق را از دست دهد.
اگرچه فولاد به خودی خود اشتعال نخواهد کرد و می سوزاند ، اما خواص فولاد تا حد زیادی تحت تأثیر دما قرار می گیرد ، اما چقرمگی ضربه ای فولاد در دمای 250 درجه سانتیگراد کاهش می یابد ، و هنگامی که درجه حرارت بیش از 300 درجه سانتیگراد می شود ، نقطه عملکرد و مقاومت نهایی به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. آتش واقعی ، دمای بحرانی از دست دادن پایداری تعادل استاتیک سازه فولادی حدود 500 درجه سانتیگراد است ، در حالی که درجه حرارت کلی میدان آتش نشانی 800 - 1000 درجه سانتیگراد است بنابراین ، ساختار فولاد به سرعت تغییر شکل پلاستیک و آسیب محلی در زیر دمای زیاد آتش سوزی ، که در نهایت منجر به فروپاشی و خرابی ساختار فولاد به عنوان یک کل خواهد شد.
اقدامات لازم جهت محافظت از آتش در ساختمان سازه های فلزی صورت می گیرد تا ساختمان از مقاومت کافی در برابر آتش برخوردار باشد. این می تواند از بالا آمدن سریع ساختار فولاد به دمای بحرانی در آتش سوزی و تغییر شکل بیش از حد تا فروپاشی ساختمان ها جلوگیری کند ، بنابراین بدین ترتیب زمان با ارزش برای خاموش کردن آتش و تخلیه ایمن پرسنل و جلوگیری از کاهش تلفات ناشی از آتش سوزی به وجود می آورد.
اقدامات ضد حریق سازه های فولادی را می توان با توجه به اصول آنها به دو دسته تقسیم کرد: یکی روش مقاومت در برابر گرما و دیگری روش خنک کننده آب است. هدف از این اقدامات همان است: برای افزایش دمای قطعه در زمان مشخص شده و بیش از دمای بحرانی آن نیست. تفاوت در این است که روش مقاومت در برابر حرارت مانع از انتقال گرما به کامپوننت می شود ، در حالی که روش خنک کننده آب باعث می شود گرما به کامپوننت منتقل شود و سپس گرما برای رسیدن به هدف منتقل می شود.
2.1 روش مقاومت حرارتی
روش عایق حرارتی با توجه به مقاومت در برابر حرارت روکش مقاوم در برابر آتش و مواد محصور سازی به روش سمپاشی و روش محصورسازی تقسیم می شود. اسپری با پوشش یا اسپری کردن روکشهای مقاوم در برابر آتش از سازه محافظت می کند. روش كپسوله كردن را می توان به روش كپسوله كردن توخالی و روش محصور سازی جامد تقسیم كرد.
2.1.1 روش پاشش
از روکش های ضد حریق یا پاشش روی سطح فولاد معمولاً برای تشکیل لایه محافظ مقاوم در برابر آتش و عایق حرارت استفاده می شود تا حد مقاوم در برابر آتش سازه فولاد را بهبود بخشد. این روش در ساخت و ساز ساده ، سبک وزن ، طولانی در زمان نسوز است و از نظر هندسی اعضای فولاد محدود نمی شود. از اقتصادی و عملی بالایی برخوردار است و کاربرد گسترده ای دارد. انواع سازه های مقاوم در برابر آتش برای سازه های فولادی وجود دارد که می تواند به دو دسته تقسیم شود: یکی روکش های ضد حریق با روکش نازک (دسته B) ، یعنی ضد حریق های گسترده برای سازه های فلزی. دیگری روکش های ضخیم (طبقه H) است.
پوشش های مقاوم در برابر آتش کلاس B ، ضخامت پوشش عموماً 2-7 میلی متر است. ماده پایه آن رزین آلی است که خاصیت تزئینی خاصی دارد و در دمای بالا منبسط و ضخیم می شود. حد نسوز می تواند به 0.5-1.5 گرم برسد. پوشش های مقاوم در برابر آتش نازک برای سازه های فلزی با پوشش نازک ، وزن سبک و مقاومت در برابر لرزش خوب مشخص می شوند. هنگامی که حد مقاومت در برابر آتش از سازه فولادی لخت و سازه های فلزی بام سبک 1.5h یا کمتر باشد ، باید پوشش مقاوم در برابر آتش نازک برای سازه فولادی انتخاب شود. ضخامت روکشهای ضد حریق از نوع H معمولاً 8-50 میلی متر است. دانه دار است. ماده عایق حرارتی معدنی ماده اصلی با چگالی کم و هدایت حرارتی کم است. حد نسوز می تواند به 0.5-3.0 برسد. پوشش های ضد حریق با روکش ضخیم برای سازه های فولادی معمولاً غیر قابل اشتعال ، مقاوم به پیری و با دوام هستند. هنگامی که حد مقاومت در برابر آتش از ساختار فولادی داخلی پنهان ، سازه فولادی بلند و سازه های فلزی ساختمان چند طبقه بیش از 1.5h باشد ، روکش های ضد حریق با روکش ضخیم باید انتخاب شوند.
2.1.2 روش كپسوله كردن
1) روش کپسوله سازی توخالی: تخته ضد آتش یا آجر نسوز معمولاً برای محفظه سازی اعضای فولاد در امتداد مرز بیرونی اعضای فولاد استفاده می شوند. اکثر کارخانه های سازه فولادی داخلی در صنعت پتروشیمی برای محافظت از سازه فولادی ، روش ساخت آجرهای نسوز و اعضای پیچیده شده از فولاد را اتخاذ می کنند. از مزایای این روش مقاومت بالا و مقاومت در برابر ضربه است ، اما مضرات آن فضای بزرگ اشغال شده و مشکلات ساخت و ساز است. صفحات سبک مقاوم در برابر آتش مانند تخته سیمانی تقویت شده با فیبر ، صفحه گچی و تخته ورمیکولیت به عنوان روکش ضد آتش استفاده می شوند. روش بسته بندی جعبه برای اجزای بزرگ فولادی دارای مزایای بسیاری از قبیل سطح دکوراسیون صاف ، کم هزینه ، از دست دادن کم ، عدم آلودگی محیط زیست ، مقاومت به پیری و غیره می باشد که چشم انداز خوبی برای ارتقاء دارد
2) روش محصور سازی جامد: اعضای فولادی با ریختن بتن محصور شده و کاملاً محصور می شوند. به عنوان مثال ، ستون فولادی ساختمان مالی جهانی پودونگ در شانگهای این روش را اتخاذ می کند. از مزایای آن مقاومت بالا و مقاومت در برابر ضربه است ، اما از مضرات آن این است که لایه محافظ بتونی فضای زیادی را اشغال می کند و ساخت و ساز مشکل است ، به خصوص در تیرهای فلزی و پرانتزهای مورب.
2.2 روش خنک کننده آب
روش خنک کننده آب شامل روش خنک کننده اسپری آب و روش خنک کننده پر کردن آب است.
2.2.1 روش خنک کننده اسپری آب
روش خنک کننده اسپری آب ، ساماندهی سیستم اسپری اتوماتیک یا دستی در بالای سازه فولادی است. در صورت آتش سوزی ، سیستم پاشش به شکل یک فیلم آب مداوم بر روی سطح سازه فولادی شروع می شود. هنگامی که شعله در سطح سازه فولادی پخش می شود ، تبخیر آب گرما را از بین می برد و ساختمان سازه فولادی را به تاخیر می اندازد تا به دمای بحرانی خود برسد. از روش خنک کننده اسپری آب در ساختمان دانشکده مهندسی عمران دانشگاه تونجی استفاده شده است.
2.2.2 روش خنک کننده پر از آب
روش خنک کننده پر از آب ، پر کردن اعضای فولادی توخالی با آب است. از طریق گردش آب در سازه فولادی ، حرارت فولاد به خودی خود جذب می شود. به طوری که سازه فولادی می تواند درجه حرارت کمتری را در آتش حفظ کند و به دلیل بالا رفتن درجه حرارت ، ظرفیت تحمل را از دست نمی دهد. برای جلوگیری از ایجاد زنگ زدگی و یخ ، باید ضد انحصار و ضد یخ به آب اضافه شود. روش خنک کننده پر از آب برای ستون های فولادی ساختمان 64 طبقه شرکت فلزی ایالات متحده در پیتسبورگ ، ایالات متحده آمریکا استفاده می شود.