Bảo vệ chống cháy là một khía cạnh quan trọng trong thiết kế và thi công kết cấu thép, vì thép sẽ mất độ bền nhanh chóng ở nhiệt độ cao. Nếu không được bảo vệ đầy đủ, các kết cấu thép có thể sập đổ trong vòng vài phút khi tiếp xúc với lửa, gây nguy hiểm đến tính mạng và thiệt hại lớn về tài sản. Bài viết này trình bày các giải pháp bảo vệ chống cháy cho kết cấu thép, bao gồm các hệ thống bảo vệ lửa chủ động và thụ động, các yếu tố cần xem xét trong thiết kế, cũng như việc tuân thủ các quy chuẩn và tiêu chuẩn phòng cháy chữa cháy quốc tế.
Bảo vệ cháy thụ động (PFP) là phương pháp phổ biến nhất để bảo vệ các kết cấu thép khỏi lửa. Các hệ thống PFP hoạt động bằng cách cách nhiệt cho thép, làm chậm quá trình tăng nhiệt độ của thép và duy trì khả năng chịu tải của nó trong một khoảng thời gian xác định (xếp hạng khả năng chịu lửa). Các vật liệu PFP được sử dụng rộng rãi nhất cho kết cấu thép bao gồm lớp phủ phồng nở, tấm chống cháy và bê tông bao bọc.
Các lớp phủ nở phồng là các lớp phủ mỏng, giống sơn, khi tiếp xúc với nhiệt sẽ nở ra, tạo thành một lớp than dày có tính cách nhiệt bảo vệ thép khỏi lửa. Các lớp phủ nở phồng có sẵn dưới dạng công thức dựa trên nước, dung môi và epoxy, và có thể được thi công lên các dầm thép, cột, giàn và các bộ phận khác. Chúng mang lại nhiều ưu điểm như độ mỏng không làm tăng đáng kể kích thước của cấu kiện thép, tính linh hoạt về thẩm mỹ (có nhiều màu sắc khác nhau) và dễ dàng thi công. Các lớp phủ nở phồng phù hợp cả cho công trình xây dựng mới lẫn cải tạo các kết cấu thép hiện có. Thời gian chịu lửa của các lớp phủ nở phồng dao động từ 30 phút đến 4 giờ, tùy thuộc vào độ dày của lớp phủ và loại cấu kiện thép.
Các tấm chống cháy, còn được gọi là các tấm có xếp hạng chống cháy, là các tấm cứng được làm từ các vật liệu như thạch cao, len khoáng hoặc các hợp chất xi măng. Những tấm này được gắn vào kết cấu thép bằng vít hoặc kẹp, tạo thành một lớp bao bọc bảo vệ cách nhiệt cho thép khỏi nhiệt lượng. Các tấm chống cháy có khả năng chống cháy tuyệt vời, với thời gian chịu lửa dao động từ 60 phút đến 4 giờ. Chúng thường được sử dụng trong các công trình thương mại và công nghiệp, đặc biệt ở những khu vực mà tính thẩm mỹ ít quan trọng hơn, ví dụ như phòng kỹ thuật và tầng hầm. Các tấm chống cháy dễ lắp đặt và có thể cắt để phù hợp với các hình dạng phức tạp, do đó thích hợp để bảo vệ các cấu kiện thép có hình học không đều.
Bao bọc bê tông là một phương pháp bảo vệ chống cháy thụ động truyền thống, bao gồm việc bao quanh cấu kiện thép bằng bê tông. Bê tông có khối lượng nhiệt cao và độ dẫn nhiệt thấp, cung cấp khả năng cách nhiệt tuyệt vời khỏi lửa. Lớp bao bọc bê tông có thể được đổ tại chỗ hoặc đúc sẵn, và có thể được gia cố bằng thanh thép để cải thiện độ bền và tuổi thọ. Mức chịu lửa của lớp bao bọc bê tông phụ thuộc vào độ dày của lớp bê tông và loại cốt liệu sử dụng. Bao bọc bê tông thường được dùng trong các cây cầu, công trình công nghiệp và các công trình cao tầng, nơi yêu cầu độ chịu lửa cao và độ bền kết cấu lớn. Tuy nhiên, bao bọc bê tông làm tăng trọng lượng và kích thước của cấu kiện thép, điều này có thể ảnh hưởng đến thiết kế tổng thể của công trình.
Các hệ thống bảo vệ chống cháy chủ động (AFP) bổ sung cho bảo vệ chống cháy bị động bằng cách phát hiện và dập tắt đám cháy trước khi chúng gây ra hư hại nghiêm trọng cho kết cấu thép. Các hệ thống AFP phổ biến bao gồm hệ thống phun nước chữa cháy tự động, hệ thống báo cháy và hệ thống kiểm soát khói. Hệ thống phun nước chữa cháy tự động là hệ thống AFP hiệu quả nhất đối với kết cấu thép, vì chúng có thể nhanh chóng dập tắt đám cháy và giảm nhiệt độ của bộ phận làm bằng thép. Hệ thống phun nước hoạt động bằng cách giải phóng nước khi nhiệt độ vượt quá ngưỡng nhất định, làm mát thép và ngăn ngừa việc thép đạt đến nhiệt độ tới hạn. Hệ thống báo cháy phát hiện khói hoặc nhiệt và cảnh báo cho người sử dụng cũng như dịch vụ khẩn cấp, cho phép sơ tán kịp thời và dập tắt đám cháy từ sớm. Các hệ thống kiểm soát khói giúp kiểm soát sự lan tỏa của khói, cải thiện tầm nhìn và giảm nguy cơ hít phải khói đối với những người bên trong công trình.
Các yếu tố cần xem xét trong thiết kế bảo vệ chống cháy cho kết cấu thép bao gồm cấp độ chịu lửa yêu cầu theo quy chuẩn xây dựng, loại cấu kiện thép, vị trí của cấu kiện thép (hở hay được che khuất) và các yêu cầu thẩm mỹ của công trình. Các quy chuẩn và tiêu chuẩn xây dựng, như Quy chuẩn Xây dựng Quốc tế (IBC), Eurocode 3 và BS 476, quy định cấp độ chịu lửa tối thiểu đối với kết cấu thép dựa trên loại sử dụng, chiều cao công trình và mức độ nguy hiểm cháy. Ví dụ, một tòa nhà văn phòng cao tầng có thể yêu cầu cấp độ chịu lửa 2 giờ đối với cột và dầm thép, trong khi một kho hàng có thể yêu cầu cấp độ 1 giờ. Kỹ sư cũng phải xem xét các đặc tính nhiệt của cấu kiện thép, chẳng hạn như diện tích mặt cắt ngang và độ dẫn nhiệt, khi lựa chọn hệ thống bảo vệ chống cháy. Các cấu kiện thép để hở cần được bảo vệ chống cháy chắc chắn hơn so với các cấu kiện được che khuất, do chúng tiếp xúc trực tiếp với lửa. Yêu cầu thẩm mỹ cũng có thể ảnh hưởng đến việc lựa chọn hệ thống bảo vệ chống cháy, trong đó các lớp phủ phồng trương thường được ưu tiên đối với cấu kiện thép để hở nhờ vào độ mỏng và tính thẩm mỹ cao.
Việc tuân thủ các quy định và tiêu chuẩn về phòng cháy là yếu tố thiết yếu để đảm bảo an toàn cho các kết cấu thép. Các kỹ sư và nhà thầu phải đảm bảo hệ thống bảo vệ chống cháy đáp ứng các yêu cầu của quy chuẩn xây dựng hiện hành và việc lắp đặt được thực hiện theo đúng thông số kỹ thuật của nhà sản xuất. Việc kiểm tra và chứng nhận bởi bên thứ ba đối với các vật liệu và hệ thống chống cháy cũng rất quan trọng, vì chúng cung cấp xác nhận độc lập về hiệu suất của hệ thống. Việc kiểm tra và bảo trì định kỳ các hệ thống phòng cháy là cần thiết để đảm bảo chúng duy trì hiệu quả trong suốt thời gian sử dụng của công trình. Điều này bao gồm kiểm tra lớp phủ phồng giãn có bị hư hại hay không, kiểm tra các tấm chịu lửa xem có bị lỏng lẻo hoặc thiếu tấm nào không, và thử nghiệm hệ thống phun nước chữa cháy để đảm bảo chúng hoạt động đúng cách.
Tóm lại, bảo vệ chống cháy là một khía cạnh quan trọng trong thiết kế và thi công kết cấu thép, đòi hỏi sự kết hợp giữa các hệ thống bảo vệ chống cháy thụ động và chủ động để đảm bảo độ bền vững của kết cấu trong trường hợp xảy ra hỏa hoạn. Bằng cách lựa chọn hệ thống bảo vệ chống cháy phù hợp, xem xét các yếu tố thiết kế và tuân thủ các quy chuẩn, tiêu chuẩn về phòng cháy, các kỹ sư và nhà thầu có thể tạo ra các công trình kết cấu thép an toàn, đáng tin cậy và vững chắc khi xảy ra cháy. Khi các quy định về an toàn phòng cháy ngày càng nghiêm ngặt hơn, việc phát triển các vật liệu và hệ thống bảo vệ chống cháy tiên tiến sẽ tiếp tục cải thiện hiệu suất chống cháy của các kết cấu thép.
EN
