การทนไฟขององค์อาคารเหล็กโครงสร้างรูปพรรณที่มีการป้องกันและมีค่าองค์ประกอบหน้าตัดสูง

Abstract

งานวิจัยนี้มีจุดประสงค์ เพื่อศึกษาผลของรูปร่างและขนาดขององค์อาคารเหล็กโครงสร้างรูปพรรณที่มีการป้องกันไฟในรูปของค่าองค์ประกอบหน้าตัดที่มีต่อค่าความสามารถทนไฟของโครงสร้าง โดยทำการทดสอบการทนไฟตัวอย่างทดสอบเหล็กโครงสร้างรูปพรรณที่มีรูปร่างหน้าตัดต่างกันสามแบบคือเหล็กไวด์แฟลนจ์ (WF) เหล็กฉากและท่อเหล็กกลมกลวงที่มีค่าองค์ประกอบหน้าตัดโดยประมาณ 200 ม.-1 ขึ้นไป วัสดุกันไฟที่ใช้มีสองประเภทคือ ประเภทซีเมนติเชียสที่มีแร่เพอร์ไลท์เป็นส่วนผสมและประเภทสีกันไฟ อนึ่งค่าองค์ประกอบหน้าตัดสำหรับเหล็กใด ๆ มีค่าเท่ากับความยาวรอบรูปพื้นผิวส่วนที่สัมผัสความร้อนต่อค่าพื้นที่หน้าตัดของเหล็ก ผลการทดสอบแสดงอย่างชัดเจนว่า สำหรับเหล็กที่มีการป้องกันไฟด้วยวัสดุกันไฟประเภทซีเมนติเชียส ที่มีแร่เพอร์ไลท์เป็นส่วนผสม ค่าความสามารถทนไฟของเหล็กจะขึ้นกับทั้งค่าองค์ประกอบหน้าตัดและรูปร่างของเหล็ก จากการทดสอบพบว่าสำหรับเหล็กที่มีรูปร่างเดียวกันค่าความสามารถทนไฟจะเพิ่มขึ้นเมื่อค่าองค์ประกอบหน้าตัดลดลง แต่สำหรับเหล็กที่มีรูปร่างต่างกันเมื่อค่าองค์ประกอบหน้าตัดและความหนาของวัสดุกันไฟเท่ากันเหล็กไวด์แฟลนจ์จะมีความสามารถทนไฟที่สูงกว่าเหล็กฉากและท่อเหล็กกลมกลวง ตามลำดับ และความแตกต่างดังกล่าวจะเพิ่มมากขึ้นเมื่อความหนาของวัสดุกันไฟเพิ่มขึ้น งานวิจัยนี้ได้มีการเปรียบเทียบผลการทดสอบกับผลการวิเคราะห์ด้วยทฤษฎีการถ่ายเทความร้อนแบบสองมิติในสภาวะไม่คงที่และพบว่าผลที่ได้มีความสอดคล้องกันเป็นอย่างดีและยังได้เสนอสมการสำหรับคำนวณค่าการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของเหล็กซึ่งให้ผลที่ใกล้เคียงกับผลการวิเคราะห์ด้วยทฤษฎีการถ่ายเทความร้อนโดยมีความคลาดเคลื่อนที่ไม่เกิน 10 เปอร์เซ็นต์ สำหรับเหล็กที่มีการป้องกันไฟด้วยวัสดุประเภทสีกันไฟ ผลการทดสอบแสดงว่าค่าความสามารถทนไฟของเหล็กมีแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นเมื่อค่าองค์ประกอบหน้าตัดลดลงแต่ผลเนื่องจากรูปร่างหน้าตัดเหล็กที่ต่างกันไม่สามารถสรุปได้อย่างชัดเจนเนื่องจากความไม่แน่นอนซึ่งเป็นผลจากการขยายตัวของสีกันไฟเมื่อสัมผัสความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอโดยรอบตัวอย่างทดสอบโดยเฉพาะบริเวณที่เป็นเหลี่ยมมุมการขยายตัวจะน้อยกว่าบริเวณอื่น งานวิจัยครั้งนี้ยังได้ศึกษาถึงความสัมพันธ์ของความรุนแรงของไฟที่ต่างกันที่มีต่อค่าความสามารถทนไฟของโครงสร้างเหล็กโดยการวิเคราะห์ด้วยทฤษฎีการถ่ายเทความร้อน และพบว่า ความรุนแรงของไฟจะขึ้นกับอัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิไฟโดยเฉลี่ยกับค่าพื้นที่ใต้กราฟไฟ และความรุนแรงไฟที่เท่ากันจะเกิดขึ้นเมื่อค่าผลคุณของอัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิไฟโดยเฉลี่ยกับค่ากำลัง 2.85 ของพื้นที่ใต้กราฟ ณ เวลา วิกฤติมีค่าเท่ากัน