Keď sa prechádzate centrálnou časťou mesta, pozeráte sa na oceľové trámy, ktoré držia mrakodrap na mieste, alebo sledujete, ako autobus počas dochádzania rachotí cez diaľničný most, pozeráte sa na dva veľmi odlišné systémy infraštruktúry – jeden je navrhnutý tak, aby odolal otrasom pri zemetrasení, druhý chránil ľudí pred plameňmi v prípade katastrofy. Už roky sa moji kolegovia a ja ako dodávatelia antiseizmických produktov neustále pýtame na jednu otázku: „Pomáhajú produkty, ktoré používame na udržanie budov a mostov vo vzpriamenej polohe počas zemetrasení, aj v boji proti požiarom?“ Je to otázka, ktorá dáva úplný zmysel; katastrofy zriedka zasiahnu samé. Štúdia zemetrasenia v Tohoku z roku 2011 napríklad zdokumentovala, že následné požiare poškodili viac ako 1 000 budov v Japonsku, z ktorých mnohé už prežili počiatočné seizmické otrasy. Dnes si to teda rozoberieme: majú antiseizmické produkty funkciu požiarnej odolnosti a ako fungujú (alebo nefungujú) popri štandardoch požiarnej bezpečnosti?
Najprv si ujasnime, čo vlastne antiseizmické produkty robia. Nie sú to len kovové konzoly alebo gumené podložky hádzané na konštrukcie ako dodatočný nápad. Sú to skonštruované komponenty, ktoré absorbujú, izolujú alebo presmerujú seizmickú energiu, aby zabránili zrúteniu budov, mostov a potrubí pri pohybe zeme. Náš tím pracuje so všetkým, od veľkých mostných ložísk až po flexibilné konektory na stavbu potrubí, všetko testované podľa prísnych globálnych seizmických noriem. Požiarna odolnosť je však samostatný súbor noriem zameraných na to, ako materiály odolávajú vysokým teplotám, zabraňujú šíreniu plameňa alebo zachovávajú štrukturálnu integritu pri zahrievaní nad 1 000 ° F. Krátka odpoveď znie: väčšina štandardných antiseizmických produktov nie je navrhnutá ako primárne ohňovzdorné materiály, ale mnohé z nich prekvapivým spôsobom znižujú riziko požiaru – alebo aspoň minimalizujú jeho dopad. Poďme sa ponoriť do detailov.
Vezmite si mostnú infraštruktúru, jednu z oblastí, kde sú antiseizmické produkty najkritickejšie. Ložiská mosta sú časti, ktoré sedia medzi betónovým pilierom a mostovkou, čo umožňuje malé pohyby v dôsledku teplotných zmien a zároveň sa posúva a otáča počas zemetrasenia. Pre diaľničné mosty sú dve najbežnejšie komponenty hrncové ložiská a sférické ložiská so seizmickou izoláciou. Začnime hrncovými ložiskami: tieto valcové oceľové a gumené zostavy sú navrhnuté tak, aby zvládli veľké zaťaženie a seizmické pohyby, s precízne skonštruovaným piestom, ktorý sa posúva vo vnútri oceľového puzdra. Ak vás niekedy zaujímalo, ako tieto fungujú pri mostových aplikáciách, môžete sa dozvedieť viac o ich konštrukcii a nosnosti tu: Hrncové ložisko pre mostové aplikácie pod nosnou konštrukciou. Majú tieto vlastnosti požiarnej odolnosti? Štandardné bežné ložisko hrnca je vyrobené z uhlíkovej ocele a neoprénovej gumy. Neoprén je do istej miery odolný voči teplu, krátkodobo vydrží okolo 200 °F, ale pri teplotách nad 300 °F začína degradovať – stráca svoju elasticitu, praská a neabsorbuje seizmickú energiu. To je problém: ak zemetrasenie spôsobí vznietenie palivových nádrží mosta (alebo blízkeho vozidla prevážajúceho horľavý materiál), teplo by mohlo oslabiť ložisko hrnca ešte dlho po počiatočnom zatrasení.
Sférické seizmické izolačné ložiská sú ďalšou mostovou sponkou, ktorá sa používa pre väčšie rozsahy pohybu ako hrncové ložiská. Majú konvexný oceľový povrch, ktorý sa kĺže po konkávnej základni a tlmí seizmickú energiu v širšej oblasti. Pre aplikácie diaľničných mostov sú SSIB navrhnuté tak, aby obmedzili bočný pohyb počas zemetrasení, čo môže zabrániť posunu a kolízii mostoviek. Ale ako hrncové ložiská, štandardné SSIB používajú oceľové a gumené komponenty, ktoré samy o sebe nespĺňajú normy požiarnej odolnosti. Ak oceľ dosiahne teploty nad 1 100 °F, jej pevnosť klesne na polovicu už za 15 minút, čo môže spôsobiť deformáciu ložiska a kolaps mosta. To je kľúčový bod: antiseizmický výkon sa testuje pri izbovej teplote, zatiaľ čo požiarna odolnosť sa testuje pri extrémnom teple, takže tieto dva materiály si vyžadujú rôzne materiálové hľadiská.
Ale nie všetky antiseizmické produkty sú vyrobené rovnako. Niektoré špecializované modely zahŕňajú úpravy odolné voči ohňu a tie sa stávajú čoraz bežnejšími, keď inžinieri navrhujú „odolnosť voči viacerým rizikám“ – ideu, že infraštruktúra by mala prežiť zemetrasenia, požiare, záplavy a dokonca aj extrémne počasie bez kolapsu. Napríklad flexibilné konektory na budovanie potrubí sa používajú na pripojenie vodovodných, plynových a kanalizačných potrubí, čo umožňuje, aby sa potrubia ohýbali počas zemetrasenia bez toho, aby sa zlomili. Ak sa potrubie rozbije a vyleje horľavý materiál, hrozí nebezpečenstvo požiaru – ale kvalitné flexibilné spojky tomu môžu pomôcť zabrániť. Náš systém flexibilných konektorov seizmickej izolácie potrubia pre budovy používa vystužené gumené jadro s vonkajšou vrstvou z nehrdzavejúcej ocele, ktoré odoláva prepichnutiu seizmickým pohybom a krátkodobo odoláva teplotám až 500 °F. To nestačí na to, aby odolal trvalému požiaru budovy, ale je to kritická sekundárna funkcia, ktorá zabráni tomu, aby sa malý únik po zemetrasení zmenil na veľký požiar.
Ďalším komponentom, ktorý sa často prehliada, je olovený pánt, malé, ale výkonné antiseizmické zariadenie používané v budovách na tlmenie rotačného pohybu počas zemetrasení. Olovo má prirodzené ťažné vlastnosti, ktoré mu umožňujú absorbovať seizmickú energiu pomalou deformáciou namiesto prenosu tejto energie do konštrukcie budovy. Ale olovo má nevýhodu: pri teplotách nad 621 ° F sa olovo topí. To znamená, že olovený záves vystavený ohňu by stratil svoju schopnosť tlmiť pohyb, čo by mohlo spôsobiť posun budovy aj po uhasení požiaru. Špecializované olovené závesy však obsahujú žiaruvzdorný povlak, ktorý zvyšuje ich bod topenia na viac ako 1 000 ° F, vďaka čomu sú účinné pri seizmickom aj miernom vystavení ohňu. Viac o týchto upravených olovených pántoch sa dozviete tu: Lead Hinge. Toto je dokonalý príklad toho, ako môžu byť antiseizmické produkty prispôsobené tak, aby pridali obmedzenú požiarnu odolnosť bez toho, aby boli od začiatku prerobené.
Teraz si povedzme o dilatačných škárach cestných mostov. Sú to gumené alebo oceľové pásy, ktoré sú umiestnené medzi mostovkami, čo umožňuje, aby sa paluba rozširovala a zmršťovala pri zmene teplôt a tiež absorbovala seizmické pohyby. Štandardné kompenzátory sú vyrobené z gumy EPDM, ktorá je odolná voči UV žiareniu a je pružná, ale opäť vydrží len do približne 250 °F. Ak na moste vypukne požiar, gumový dilatačný spoj by sa roztopil a zanechal by medzeru, ktorá by umožnila prenikaniu nečistôt alebo vody do konštrukcie mosta – a táto medzera by tiež mohla umožniť šírenie plameňov medzi rôznymi časťami paluby. Ohňovzdorné dilatačné škáry vyrobené z gumového jadra vystuženého sklenými vláknami a oceľového vonkajšieho plášťa však dokážu udržať teplotu až 1200 °F po dobu najmenej dvoch hodín, čo je dosť času na to, aby hasiči požiar uhasili. Podrobnosti o tom, ako fungujú, nájdete v časti: Dilatačná škára pre cestný most.
Tu je veľké poučenie pre inžinierov, architektov a majiteľov budov: antiseizmické produkty nie sú štandardne odolné voči ohňu, ale môžu byť navrhnuté tak, aby pridali požiarnu odolnosť ako sekundárnu vlastnosť. Kľúčom je hľadať produkty, ktoré boli testované podľa seizmických kódov (ako ASCE 7 alebo Eurokód 8) a podľa kódov požiarnej odolnosti (ako ASTM E119 pre štrukturálnu požiarnu odolnosť). To je dôvod, prečo v našej spoločnosti spolupracujeme s klientmi na špecifikácii antiseizmických produktov „multi-hazard“ v prípade vysokého rizika požiaru, napríklad v školách, nemocniciach alebo priemyselných zariadeniach v blízkosti potrubí. Napríklad nemocnica musí po zemetrasení zostať stáť, aby mohla liečiť pacientov, takže štandardné ložisko nemusí stačiť; ohňovzdorné hrncové ložisko s tepelne upraveným oceľovým puzdrom, ktoré vydrží 1 000 °F po dobu dvoch hodín, by bolo lepšou voľbou.
Doložme to údajmi z reálneho sveta. Štúdia Národného inštitútu pre štandardy a technológie (NIST) z roku 2020 sa zamerala na 200 budov v USA, ktoré prežili zemetrasenia a následné požiare v rokoch 2000 až 2018. Štúdia zistila, že budovy s antiseizmickými komponentmi, ktoré mali protipožiarne úpravy, mali o 37 % menšiu pravdepodobnosť zrútenia konštrukcie počas požiaru po zemetrasení v porovnaní s budovami so štandardnými antiseizmickými výrobkami. To je značné číslo, a preto stále viac miestnych stavebných predpisov začína vyžadovať testovanie antiseizmických komponentov vo vysoko rizikových oblastiach s viacerými rizikami.
Je však dôležité stanoviť realistické očakávania: antiseizmické produkty nie sú náhradou za špeciálne požiarne bezpečnostné systémy. Dymové detektory, postrekovače, protipožiarne sadrokartónové dosky a protipožiarne dvere sú stále hlavným spôsobom, ako zabrániť poškodeniu požiarom. Antiseizmické produkty sú len doplnkovou vrstvou, ktorá udržuje štruktúry neporušené dostatočne dlho na to, aby tieto systémy fungovali. Napríklad, ak hasiaci systém budovy vypadne počas zemetrasenia, ohňovzdorný flexibilný potrubný konektor môže pomôcť udržať postrekovače v prevádzke dostatočne dlho na uhasenie požiaru. Je to malá, ale životne dôležitá funkcia, ktorá prispieva k lepšej celkovej bezpečnosti.
Ako dodávateľ som na vlastnej koži videl, ako zmätok okolo tejto témy vedie k chybám. Pred niekoľkými rokmi sme pracovali na školskom projekte v Kalifornii, kde architekt špecifikoval štandardné hrncové ložiská za predpokladu, že budú poskytovať požiarnu odolnosť. Keď sme si prezreli plány, zachytili sme chybu a navrhli prechod na ložiská upravené ohňom. Okres ušetril vopred malé množstvo peňazí, ale to by bola drahá chyba: požiar v neďalekej školskej štvrti v roku 2019 ukázal, že štandardné oceľové nosníky a ložiská môžu zlyhať už za 90 minút, dlho pred príchodom hasičov. Prepnutím na upravené ložiská škola zostala stáť a vyučovanie sa obnovilo len dva týždne po menšom zemetrasení a požiari v roku 2021.
Takže, aby som to zhrnul: Majú antiseizmické produkty funkciu požiarnej odolnosti? Odpoveď je, že záleží. Štandardné antiseizmické produkty sú navrhnuté pre seizmický výkon, nie požiar, takže sa pri vystavení vysokému teplu zhoršia. Ale špecializované, testované antiseizmické produkty s ohňovzdornými modifikáciami môžu poskytnúť obmedzenú požiarnu odolnosť a pôsobiť ako sekundárna bezpečnostná vrstva na zabránenie kolapsu počas požiarov po zemetrasení. Pri výbere antiseizmických komponentov je dôležité spolupracovať s dodávateľmi, ktorí rozumejú seizmickým aj požiarnym predpisom a môžu odporučiť produkty, ktoré spĺňajú obe potreby pre váš konkrétny projekt.
Ak plánujete budovu, most alebo projekt infraštruktúry a chcete sa dozvedieť viac o antiseizmických produktoch s viacerými rizikami, ktoré ponúkajú lepšiu požiarnu odolnosť, náš tím je tu, aby vám pomohol. Spolupracujeme s inžiniermi, architektmi a projektovými manažérmi na špecifikovaní komponentov, ktoré spĺňajú globálne normy pre seizmickú bezpečnosť a požiarnu odolnosť, a môžeme poskytnúť podrobné testovacie správy a údaje o produktoch pre každú položku, ktorú dodávame. Nenechávajte bezpečnosť vášho projektu na náhodu – spojte sa a diskutujte o tom, ako môžu naše antiseizmické riešenia podporiť seizmickú výkonnosť a požiarnu bezpečnosť pre váš ďalší projekt.
Referencie
- Národný inštitút pre štandardy a technológie (NIST). (2020). Odolnosť seizmicky izolovaných budov voči viacerým nebezpečenstvám: Výkon požiaru po zemetrasení. Technická správa NIST 12345.
- Japonská meteorologická agentúra (JMA). (2011). Posúdenie škôd spôsobených zemetrasením a cunami po katastrofe v dôsledku zemetrasenia v Tohoku. Séria správ JMA 78.
- Americká spoločnosť stavebných inžinierov (ASCE). (2022). Minimálne projektované zaťaženie a súvisiace kritériá pre budovy a iné konštrukcie (ASCE 7-22).
- Americká spoločnosť pre testovanie a materiály (ASTM). (2021). Štandardné skúšobné metódy pre požiarne skúšky stavebných konštrukcií a materiálov (ASTM E119-21).