Medidas de proteção contra incêndio para estruturas de aço

 1. Limite de resistência ao fogo e resistência ao fogo de estruturas de aço 

As vantagens da alta resistência e ductilidade determinam que a estrutura de aço possua características como baixo peso próprio, bom desempenho sísmico e grande capacidade de carga. Além disso, a estrutura de aço pode ser processada no local da obra, o período de construção é curto e os materiais podem ser reciclados. Portanto, tanto no país quanto no exterior, as construções com estrutura de aço têm sido amplamente utilizadas.

Mas as estruturas de aço têm um calcanhar de Aquiles: baixa resistência ao fogo. Para manter a resistência e a rigidez da estrutura de aço em caso de incêndio por um longo período e garantir a segurança da vida e do patrimônio das pessoas, diversas medidas de proteção contra incêndio têm sido adotadas em projetos práticos. De acordo com diferentes princípios de prevenção de incêndio, as medidas de prevenção são divididas em métodos de resistência ao calor e métodos de resfriamento com água. O método de resistência ao calor pode ser dividido em método de aspersão e método de encapsulamento (encapsulamento oco e encapsulamento sólido). O método de resfriamento com água se divide em resfriamento por gotejamento e resfriamento por lavagem com água. Neste artigo, diversas medidas de prevenção de incêndio serão apresentadas em detalhes e suas vantagens e desvantagens serão comparadas. Resistência e resistência ao fogo
O limite de resistência ao fogo de uma estrutura de aço refere-se ao tempo durante o qual o elemento perde sua estabilidade ou integridade e sua resistência adiabática ao fogo durante o teste padrão de resistência ao fogo.

Embora o aço em si não entre em combustão, suas propriedades são fortemente afetadas pela temperatura. A resistência ao impacto diminui a 250 °C, e acima de 300 °C, o limite de escoamento e a resistência máxima reduzem-se significativamente. Em um incêndio real, as condições de carga permanecem inalteradas, e a temperatura crítica na qual a estrutura de aço perde sua estabilidade estática é de aproximadamente 500 °C, enquanto a temperatura média de um incêndio varia entre 800 e 1000 °C. Consequentemente, a estrutura de aço sofre deformação plástica rapidamente sob altas temperaturas, resultando em falhas localizadas e, eventualmente, no colapso total da estrutura. Medidas de prevenção de incêndio devem ser tomadas em construções com estrutura de aço para garantir que o edifício possua resistência ao fogo suficiente. É fundamental evitar que a estrutura de aço aqueça rapidamente até a temperatura crítica durante o incêndio, prevenindo deformações excessivas que levem ao colapso do edifício, ganhando tempo precioso para o combate ao incêndio e a evacuação segura das equipes, além de evitar ou minimizar as perdas causadas pelo fogo.

2. Medidas de proteção contra incêndio para estruturas de aço

As medidas de proteção contra incêndio em estruturas de aço, segundo o princípio, dividem-se em duas categorias: o método de resistência térmica e o método de resfriamento por água. O objetivo de ambas as medidas é o mesmo: impedir que a temperatura do componente ultrapasse sua temperatura crítica em um determinado período. A diferença reside no fato de que o método de resistência térmica impede a transferência de calor para os componentes, enquanto o método de resfriamento por água permite a transferência de calor para os componentes, que então é dissipado para atingir o objetivo desejado.

2.1 Calor de resistência

O método de revestimento por resistência térmica, baseado na resistência e durabilidade do material de revestimento, divide-se em dois tipos: o método de pulverização e o método de revestimento por aspersão. Este método consiste na aplicação de revestimento retardante de chamas por meio de revestimento ou pulverização, e pode ser dividido em dois tipos: revestimento oco e revestimento sólido. 

2.1.1 método de pulverização

Geralmente, utiliza-se tinta refratária ou spray para revestir a superfície do aço, formando uma camada protetora isolante refratária. Isso melhora a resistência ao fogo da estrutura de aço, pois o material refratário é muito leve e tem longa durabilidade, sem restrições quanto à geometria dos componentes de aço. A economia e a praticidade são pontos fortes, com ampla aplicação. Existem diversos tipos de revestimentos retardantes de fogo para estruturas de aço, que podem ser divididos em duas categorias principais: revestimentos finos (tipo B), que se expandem e retardam o fogo; e revestimentos espessos (tipo H), também conhecidos como revestimentos retardantes de fogo de classe B, com espessura geralmente de 2 a 7 mm. São feitos de resina orgânica e possuem certo efeito decorativo. Quando o limite de espessamento e expansão térmica do refratário é de 0,5 a 1,5 H, o revestimento fino e leve oferece boa resistência à vibração para estruturas de aço expostas em ambientes internos e estruturas de aço com cobertura leve. Quando o limite de resistência ao fogo é de 1,5 H ou inferior, o revestimento tipo H é o mais indicado. A espessura do revestimento, geralmente de 8 a 50 mm, é um material inorgânico com textura granulada e superfície granulada. Materiais de isolamento térmico, com baixa condutividade térmica e baixa densidade, possuem um limite de refratariedade de 0,5 a 3,0 h. O revestimento retardante de chamas para estruturas de aço com camada espessa geralmente não queima, apresenta alta resistência ao envelhecimento, durabilidade e confiabilidade. É indicado para estruturas de aço internas e externas, bem como para edifícios industriais de múltiplos andares com estrutura metálica. Quando o limite de resistência ao fogo for superior a 1,5 h, recomenda-se a aplicação de revestimento retardante de chamas para estruturas de aço com camada espessa.

2.1.2 método de revestimento

1) Método de revestimento vazado: geralmente utiliza-se placa ou tijolo refratário ao longo da borda externa dos elementos de aço, formando uma estrutura metálica. Na indústria petroquímica nacional, a maioria das estruturas metálicas é revestida com tijolos para proteger os elementos. Este método apresenta a vantagem de alta resistência e resistência ao impacto, mas a desvantagem é ocupar mais espaço e ser mais trabalhoso. Placas refratárias leves, como placas de gesso acartonado reforçado com fibra, também são utilizadas como revestimento refratário para grandes componentes de aço, com baixo custo, superfície lisa e nivelada, sem causar poluição ambiental, além de resistência ao envelhecimento. Apresentam boas perspectivas de crescimento. 2) Método de revestimento sólido: geralmente consiste em concretar os elementos de aço, fechando completamente as peças da estrutura metálica, como as colunas de aço do Centro Financeiro Mundial de Pudong, em Xangai. A vantagem deste método é a alta resistência e resistência ao impacto, mas a desvantagem é ocupar mais espaço e ser mais trabalhoso, especialmente em vigas de aço e contraventamentos inclinados.

2.2 Método de resfriamento a água

O método de resfriamento por água inclui o método de resfriamento por despejo de água e o método de resfriamento por enchimento de água.

2.2.1 Método de resfriamento por ducha de água

O método de resfriamento por aspersão consiste na instalação de um sistema de aspersão automático ou manual na parte superior da estrutura de aço. Em caso de incêndio, o sistema de aspersão é acionado para formar uma película contínua de água na superfície da estrutura de aço. Quando a chama se alastra para a superfície da estrutura de aço, a evaporação da água remove o calor e retarda o aquecimento da estrutura, impedindo que ela atinja sua temperatura limite. O método de resfriamento por aspersão de água é utilizado no edifício da Faculdade de Engenharia Civil da Universidade de Tongji.

2.2.2 Método de resfriamento com água

O método de resfriamento por água consiste em preencher elementos ocos de aço com água. Através da circulação da água na estrutura de aço, o calor absorvido pelo próprio aço é dissipado. Dessa forma, a estrutura de aço consegue manter uma temperatura baixa em caso de incêndio e não perde sua capacidade de suporte devido ao aumento excessivo da temperatura. Para evitar ferrugem e congelamento, adiciona-se inibidor de ferrugem e anticongelante à água. As colunas de aço do edifício de 64 andares da US Steel Company em Pittsburgh são resfriadas por água.

3. Comparação de medidas de prevenção de incêndios

O método de resistência térmica pode reduzir a velocidade de condução de calor para os elementos estruturais através do material resistente ao calor. De modo geral, o método de isolamento térmico é econômico e prático, sendo amplamente utilizado em projetos reais. O método de resfriamento por água é uma medida eficaz de proteção contra incêndios, mas não tem sido amplamente difundido na área da engenharia devido às suas exigências específicas em termos de projeto estrutural e ao seu alto custo.

O método de resistência térmica é amplamente utilizado na proteção contra incêndio de estruturas de aço, portanto, o texto a seguir se concentra na comparação das vantagens e desvantagens do método de aspersão e do método de revestimento em medidas de resistência térmica.

3.1 resistência ao fogo

Em termos de resistência ao fogo, o método de revestimento é superior ao método de pulverização. A resistência ao fogo do concreto, do tijolo refratário e de outros materiais de revestimento é melhor do que a dos revestimentos refratários comuns. Além disso, o desempenho refratário das novas placas de proteção contra incêndio também é superior ao dos revestimentos refratários. Seu limite de resistência ao fogo é consideravelmente maior do que o de materiais isolantes contra incêndio de mesma espessura em estruturas de aço, e supera a expansão dos revestimentos refratários.

3.2 a durabilidade

Devido à maior durabilidade de materiais de revestimento, como o concreto, eles não se deterioram facilmente com o tempo. No entanto, a durabilidade continua sendo um problema para revestimentos retardantes de fogo em estruturas de aço. Seja em ambientes externos ou internos, o componente orgânico de revestimentos finos e ultrafinos à prova de fogo pode sofrer decomposição, degradação, envelhecimento e outros problemas, resultando em descamação ou perda de desempenho contra incêndio.

3.3 construção

O método de pulverização para prevenção de incêndio em estruturas de aço é simples e pode ser utilizado sem ferramentas complexas. No entanto, o controle de qualidade da aplicação do revestimento ignífugo por pulverização apresenta dificuldades, sendo o controle da ferrugem do material base, da espessura da camada de revestimento e da umidade do ambiente de construção complexo. A aplicação do revestimento é complexa, especialmente em contraventamentos inclinados e vigas de aço, mas o processo é controlável e a qualidade é facilmente garantida. O limite de resistência ao fogo pode ser controlado ajustando-se com precisão a espessura do material de revestimento.

3.4 proteção ambiental

O método de pulverização polui o meio ambiente durante a construção, especialmente sob a ação de altas temperaturas, podendo volatilizar gases nocivos. Não há liberação de substâncias tóxicas durante a construção, em ambientes de uso normal e sob altas temperaturas de incêndio, o que é benéfico para a proteção ambiental e a segurança das pessoas em caso de incêndio.

3,5 econômico

O método de pulverização é simples, com curto período de construção e baixo custo. No entanto, o preço do revestimento à prova de fogo é elevado e, devido a desvantagens como o envelhecimento, o custo de manutenção também é alto. O método de encapsulamento, por sua vez, tem um custo de construção elevado, mas o preço do material é baixo e o custo de manutenção é reduzido. De modo geral, o método de encapsulamento apresenta boa relação custo-benefício.

3.6 aplicabilidade

O método de aspersão não é limitado pela geometria dos componentes e é amplamente utilizado para a proteção de vigas, colunas, pisos, telhados e outros elementos. É especialmente adequado para a proteção contra incêndio de estruturas leves de aço, estruturas em grelha e estruturas de aço com formatos especiais. O método de revestimento é complexo em termos de construção, principalmente para vigas de aço e elementos de contraventamento inclinados. O método de revestimento é geralmente mais utilizado para colunas e não é tão difundido quanto o método de aspersão.

3.7 Espaço Ocupado

O volume de revestimento retardante de fogo utilizado pelo método de pulverização é pequeno, enquanto o método de encapsulamento utiliza materiais como concreto e tijolo refratário, ocupando mais espaço e reduzindo sua utilidade. Além disso, a quantidade de material de encapsulamento necessária é maior.

 4. Resumir

A partir da discussão, podem ser tiradas as seguintes conclusões:

1) A adoção de medidas de proteção contra incêndio para estruturas de aço deve considerar a influência de muitos fatores, como tipo de componente, dificuldade de construção, requisitos de qualidade de construção, requisitos de durabilidade e benefícios econômicos;

2) Comparando o método de pulverização com o método de encapsulamento, as principais vantagens do método de pulverização são a simplicidade do processo de construção e a pouca alteração na aparência dos componentes após a pulverização. As principais vantagens do método de encapsulamento são o baixo custo, o bom desempenho contra incêndio e a durabilidade.

3) Todos os tipos de medidas de prevenção de incêndio têm suas próprias vantagens e desvantagens. Na aplicação em engenharia, elas podem aprender umas com as outras e compensar as deficiências umas das outras, podendo ainda adotar diferentes medidas para estabelecer múltiplas linhas de defesa contra incêndio.

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