Debido a su alta resistencia y ductilidad, la estructura de acero tiene las características de peso ligero, buen rendimiento sísmico y gran capacidad de carga. Al mismo tiempo, la estructura de acero puede procesarse en el campo con un período de construcción corto, y el material puede reciclarse. Por lo tanto, los edificios de estructuras de acero nacionales y extranjeros se han utilizado ampliamente.
El límite de resistencia al fuego de la estructura de acero se refiere al momento en que el miembro pierde estabilidad o integridad y aislamiento durante la prueba estándar de resistencia al fuego.
Aunque el acero en sí no se enciende ni se quema, las propiedades del acero se ven muy afectadas por la temperatura, pero la resistencia al impacto del acero a 250 C disminuye, y el límite elástico y la resistencia final disminuyen significativamente cuando la temperatura supera los 300 C. fuego real, la temperatura crítica de pérdida de estabilidad de equilibrio estático de la estructura de acero es de aproximadamente 500 C, mientras que la temperatura general del campo de fuego es de 800 - 1000 C. Por lo tanto, la estructura de acero aparecerá rápidamente deformación plástica y daño local bajo la alta temperatura de fuego, lo que eventualmente conducirá al colapso y falla de la estructura de acero en su conjunto.
Se deben tomar medidas de protección contra incendios en el edificio de estructura de acero para que el edificio tenga suficiente límite de resistencia al fuego. Puede evitar que la estructura de acero se eleve rápidamente a la temperatura crítica en el incendio y que se deforme de manera excesiva al colapso de los edificios, ganando así un tiempo valioso para la extinción del fuego y la evacuación segura del personal, y evitando o reduciendo las pérdidas causadas por el incendio.
Las medidas de protección contra incendios para estructuras de acero se pueden dividir en dos categorías según sus principios: uno es el método de resistencia al calor, el otro es el método de enfriamiento por agua. El propósito de estas medidas es el mismo: elevar la temperatura del componente dentro del tiempo especificado y no exceder su temperatura crítica. La diferencia es que el método resistente al calor evita que el calor se transfiera al componente, mientras que el método de enfriamiento por agua permite que el calor se transfiera al componente, y luego el calor se transfiere para lograr el propósito.
2.1 Método de resistencia térmica
El método de aislamiento térmico se divide en método de pulverización y método de encapsulación de acuerdo con la resistencia al calor del recubrimiento ignífugo y el material de encapsulación. La pulverización protege la estructura recubriendo o pulverizando recubrimientos ignífugos. El método de encapsulación se puede dividir en un método de encapsulación hueco y un método de encapsulación sólida.
2.1.1 Método de pulverización
El revestimiento a prueba de fuego o la pulverización sobre la superficie de acero se usa generalmente para formar una capa protectora resistente al fuego y aislante del calor para mejorar el límite resistente al fuego de la estructura de acero. Este método es simple en construcción, ligero en peso, largo en tiempo refractario y no está limitado por la forma geométrica de los miembros de acero. Tiene buena economía y practicabilidad, y es ampliamente utilizado. Existen muchos tipos de recubrimientos ignífugos para estructuras de acero, que se pueden dividir en dos categorías: uno es recubrimientos ignífugos de capa fina (categoría B), es decir, retardantes de fuego expansivos para estructuras de acero; el otro es recubrimientos gruesos (categoría H).
Recubrimientos ignífugos de clase B, el espesor del recubrimiento es generalmente de 2-7 mm. El material base es resina orgánica, que tiene cierto efecto decorativo y se expande y espesa a altas temperaturas. El límite refractario puede alcanzar 0.5-1.5 H. Los recubrimientos ignífugos con recubrimiento fino para estructuras de acero se caracterizan por un recubrimiento delgado, peso ligero y buena resistencia a las vibraciones. Cuando el límite de resistencia al fuego de la estructura de acero desnudo y la estructura de acero del techo ligero es de 1.5h o menos, se debe seleccionar el revestimiento ignífugo de capa delgada para estructura de acero. El espesor de los recubrimientos ignífugos de tipo H es generalmente de 8-50 mm. Es granular. El material de aislamiento térmico inorgánico es el componente principal, con baja densidad y baja conductividad térmica. El límite refractario puede alcanzar 0.5-3.0 H. Los recubrimientos ignífugos con recubrimiento grueso para estructuras de acero son generalmente no inflamables, resistentes al envejecimiento y duraderos. Cuando el límite de resistencia al fuego de la estructura de acero interior oculta, la estructura de acero de gran altura y la estructura de acero de construcción de fábrica de varios pisos es superior a 1,5 h, se deben seleccionar recubrimientos ignífugos de recubrimiento grueso.
2.1.2 Método de encapsulación
1) Método de encapsulación hueca: el tablero a prueba de fuego o el ladrillo refractario se utilizan generalmente para encapsular miembros de acero a lo largo del límite exterior de los miembros de acero. La mayoría de las fábricas nacionales de estructuras de acero en la industria petroquímica adoptan el método de construir ladrillos refractarios y envolver miembros de acero para proteger la estructura de acero. Las ventajas de este método son la alta resistencia y la resistencia al impacto, pero las desventajas son el gran espacio ocupado y los problemas de construcción. Las placas livianas resistentes al fuego, como la placa de cemento reforzado con fibra, la placa de yeso y la placa de vermiculita se utilizan como revestimiento ignífugo. El método de envoltura de cajas para componentes de acero grandes tiene muchas ventajas, como una superficie de decoración lisa, bajo costo, baja pérdida, sin contaminación ambiental, resistencia al envejecimiento, etc. Tiene buenas perspectivas de promoción.
2) Método de encapsulación sólida: los elementos de acero se encapsulan y se encierran completamente vertiendo hormigón. Por ejemplo, la columna de acero de Pudong World Financial Building en Shanghai adopta este método. Sus ventajas son alta resistencia y resistencia al impacto, pero sus desventajas son que la capa protectora de concreto ocupa un gran espacio y la construcción es difícil, especialmente en vigas de acero y tirantes diagonales.
2.2 Método de enfriamiento de agua
El método de enfriamiento por agua incluye el método de enfriamiento por pulverización de agua y el método de enfriamiento por llenado de agua.
2.2.1 Método de enfriamiento por rociado de agua
El método de enfriamiento por rociado de agua consiste en disponer un sistema de rociado automático o manual en la parte superior de la estructura de acero. En caso de incendio, el sistema de pulverización comienza a formar una película continua de agua sobre la superficie de la estructura de acero. Cuando la llama se extiende a la superficie de la estructura de acero, la evaporación del agua elimina el calor y retrasa la construcción de la estructura de acero para alcanzar su temperatura crítica. El método de enfriamiento por pulverización de agua se ha utilizado en el edificio del Colegio de Ingeniería Civil de la Universidad de Tongji.
2.2.2 Método de enfriamiento lleno de agua
El método de enfriamiento lleno de agua consiste en llenar miembros huecos de acero con agua. A través de la circulación de agua en la estructura de acero, se absorbe el calor del acero mismo. Para que la estructura de acero pueda mantener una temperatura más baja en el incendio y no pierda la capacidad de carga debido al aumento de la temperatura alta. Para evitar la formación de óxido y hielo, se deben agregar antioxidantes y anticongelantes al agua. El método de enfriamiento lleno de agua se usa para columnas de acero del edificio US Steel Company de 64 pisos en Pittsburgh, EE. UU.