Đường cong cháy ISO 834 mô tả sự gia tăng nhiệt độ theo thời gian trong điều kiện cháy tiêu chuẩn. Đây là dữ liệu đầu vào quan trọng khi thử nghiệm và tính toán khả năng chịu lửa của dầm, cột, sàn hoặc tường. Tuy nhiên, nhiệt độ trên đường cong không phải nhiệt độ thực tế bên trong cấu kiện. Bài viết dưới đây, BỐN IBST sẽ giải thích cách đọc đường cong, quy trình đưa dữ liệu nhiệt vào tính toán và những điểm cần tránh khi áp dụng.
Đường cong cháy ISO 834 là gì?
Đường cong cháy ISO 834 là mối quan hệ tiêu chuẩn giữa nhiệt độ khí cháy và thời gian tiếp xúc với lửa. Đường cong tạo ra một điều kiện thống nhất để thử nghiệm, tính toán và so sánh khả năng chịu lửa của các cấu kiện.
Nhiệt độ khí cháy được xác định theo công thức:
θg = 20 + 345 log10(8t + 1)
Trong đó:
- θg là nhiệt độ khí cháy: Giá trị được tính bằng độ C. Đây là nhiệt độ môi trường bao quanh bề mặt cấu kiện, không phải nhiệt độ của toàn bộ tiết diện thép hoặc bê tông.
- t là thời gian tiếp xúc với lửa: Thời gian được tính bằng phút, bắt đầu từ lúc áp dụng điều kiện cháy tiêu chuẩn.
Đường cong có đặc điểm tăng nhiệt rất nhanh trong những phút đầu. Sau đó, nhiệt độ vẫn tiếp tục tăng nhưng tốc độ tăng chậm dần. Mô hình này không có giai đoạn nhiệt độ giảm xuống như một đám cháy thực tế khi nhiên liệu dần cạn.
Một số mốc nhiệt độ cháy tiêu chuẩn thường được sử dụng gồm:
| Thời gian tiếp xúc | Nhiệt độ khí theo ISO 834 |
| 5 phút | Khoảng 576°C |
| 15 phút | Khoảng 739°C |
| 30 phút | Khoảng 842°C |
| 60 phút | Khoảng 945°C |
| 90 phút | Khoảng 1.006°C |
| 120 phút | Khoảng 1.049°C |
Nhiệt độ thực tế của cấu kiện còn phụ thuộc vào vật liệu, kích thước tiết diện, số mặt tiếp xúc với lửa và lớp bảo vệ chống cháy. Vì vậy, hai cấu kiện trong cùng một công trình xây dựng có thể đạt nhiệt độ rất khác nhau dù cùng tiếp xúc với đường cong ISO 834.
Đường cong cháy ISO 834 được dùng trong tính toán chịu lửa ra sao?
Đường cong ISO 834 chỉ cung cấp điều kiện nhiệt ở bên ngoài cấu kiện. Để đánh giá khả năng chịu lửa, kỹ sư phải tiếp tục tính quá trình truyền nhiệt, sự suy giảm vật liệu và khả năng chịu tải còn lại.
Bước 1: Xác định thời gian chịu lửa cần kiểm tra
Trước khi tính nhiệt độ, cần xác định cấu kiện phải duy trì chức năng trong bao lâu. Các mốc thường gặp là 30, 60, 90 hoặc 120 phút, tùy loại công trình và quy định áp dụng.
Các ký hiệu R30, R60 hoặc R90 không thể hiện nhiệt độ. Chúng cho biết thời gian tính bằng phút mà cấu kiện chịu lực phải duy trì khả năng làm việc trong điều kiện cháy tiêu chuẩn.
Thời gian yêu cầu thường được xác định dựa trên:
- Loại và quy mô công trình: Nhà ở, nhà xưởng, kho hàng hoặc công trình công cộng có yêu cầu an toàn cháy khác nhau.
- Công năng sử dụng: Mật độ người, đặc điểm hàng hóa và mức độ nguy hiểm cháy ảnh hưởng đến yêu cầu chịu lửa.
- Bậc chịu lửa của công trình: Mỗi bậc chịu lửa quy định giới hạn đối với các bộ phận chịu lực và ngăn cháy.
- Vai trò của cấu kiện: Cột, dầm chính hoặc sàn chịu lực có thể cần kiểm tra theo thời gian khác với cấu kiện phụ.
Bước 2: Xác định tác động nhiệt lên cấu kiện
Sau khi xác định thời gian, kỹ sư lấy nhiệt độ khí tương ứng từ đường cong cháy ISO 834. Tác động nhiệt lên bề mặt được xem xét thông qua hai cơ chế chính là đối lưu và bức xạ.
Mức nhiệt cấu kiện nhận được phụ thuộc vào:
- Số mặt tiếp xúc với lửa: Dầm tiếp xúc ba mặt thường tăng nhiệt khác dầm được sàn che phía trên. Cột nằm độc lập có thể bị tác động nhiệt từ bốn phía.
- Hình dạng tiết diện: Tiết diện mỏng, có chu vi tiếp xúc lớn thường nóng nhanh hơn tiết diện đặc và có khối lượng lớn.
- Hệ số tiết diện của thép: Tỷ số giữa chu vi chịu tác động nhiệt và diện tích tiết diện, thường biểu diễn dưới dạng Hp/A hoặc Am/V, ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ tăng nhiệt.
- Lớp bảo vệ chống cháy: Sơn trương nở, vữa phun hoặc tấm bọc làm chậm quá trình truyền nhiệt vào thép. Chiều dày và đặc tính vật liệu phải có dữ liệu phù hợp.
Xem thêm: Tiêu chuẩn lấy mẫu bê tông trong thi công công trình xây dựng
Bước 3: Tính nhiệt độ vật liệu theo thời gian
Từ tác động nhiệt trên bề mặt, kỹ sư xác định sự phát triển nhiệt độ bên trong cấu kiện. Kết quả này mới được sử dụng để đánh giá sự suy giảm cường độ và độ cứng của vật liệu.
Với cấu kiện thép, nhiệt độ có thể được tính theo từng bước thời gian. Thép không được bảo vệ thường tăng nhiệt nhanh do có khả năng dẫn nhiệt cao. Lớp chống cháy làm giảm tốc độ truyền nhiệt, giúp thép duy trì nhiệt độ thấp hơn trong khoảng thời gian yêu cầu.
Với bê tông, nhiệt độ phân bố không đều theo chiều sâu tiết diện. Lớp bê tông gần bề mặt tiếp xúc với lửa nóng lên trước, trong khi khu vực lõi và cốt thép có thể duy trì nhiệt độ thấp hơn.
Bước 4: Kiểm tra khả năng chịu lực trong trường hợp cháy
Khi nhiệt độ vật liệu tăng, cường độ và độ cứng của thép hoặc bê tông sẽ giảm. Kỹ sư cần xác định khả năng chịu lực còn lại tại từng mốc thời gian rồi so sánh với tác động tải trọng trong trường hợp cháy.
Nội dung kiểm tra thường gồm:
- Dầm chịu uốn: Xem xét khả năng chịu mô men, lực cắt và biến dạng khi độ cứng của vật liệu giảm.
- Cột chịu nén: Kiểm tra sức chịu nén, độ mảnh và nguy cơ mất ổn định tại nhiệt độ tính toán.
- Sàn chịu lực: Đánh giá khả năng chịu tải, độ võng và sự phân bố nhiệt qua chiều dày sàn.
- Liên kết kết cấu: Kiểm tra bu lông, đường hàn, bản mã và vùng tiếp giáp nếu liên kết ảnh hưởng đến sự làm việc tổng thể.
- Lớp bảo vệ chống cháy: Đối chiếu chiều dày thiết kế với điều kiện tiếp xúc, hệ số tiết diện và thời gian chịu lửa yêu cầu.
Hồ sơ tính toán cần thể hiện rõ đường cong nhiệt, điều kiện tiếp xúc, đặc tính lớp chống cháy và mô hình kết cấu. Khi cần kiểm tra các giả thiết này, chủ đầu tư có thể sử dụng dịch vụ tư vấn thẩm tra thiết kế công trình để phát hiện sai lệch trước khi thi công.
ISO 834 khác đám cháy thực tế như thế nào?
ISO 834 là mô hình cháy quy ước, không mô phỏng chính xác toàn bộ diễn biến của một vụ cháy. Việc hiểu rõ giới hạn này giúp lựa chọn đường cong nhiệt phù hợp với từng công trình.
| Tiêu chí | Đường cong ISO 834 | Đám cháy thực tế |
| Diễn biến nhiệt độ | Tăng theo công thức cố định | Phụ thuộc nhiên liệu và thông gió |
| Giai đoạn phát triển | Không mô tả riêng | Có thể tăng nhanh hoặc chậm |
| Giai đoạn suy giảm | Không có | Nhiệt độ giảm khi nhiên liệu cạn |
| Thời gian cháy | Tiếp tục theo thời gian kiểm tra | Phụ thuộc lượng nhiên liệu |
| Mục đích sử dụng | Thử nghiệm, phân loại và tính toán quy ước | Phân tích kịch bản cháy cụ thể |
Kết luận
Đường cong cháy ISO 834 cung cấp nhiệt độ khí tiêu chuẩn theo thời gian, giúp tạo điều kiện thống nhất cho thử nghiệm và tính toán chịu lửa. Tuy nhiên, đường cong này chưa đủ để kết luận dầm, cột hoặc sàn đáp ứng R60, R90 hay R120.
Kỹ sư vẫn phải xác định điều kiện tiếp xúc, tính nhiệt độ cấu kiện, đánh giá sự suy giảm vật liệu và kiểm tra khả năng chịu lực trong trường hợp cháy. Nếu cần rà soát đầu vào, lớp bảo vệ chống cháy hoặc kết quả tính toán, hãy liên hệ BỐN IBST để được tư vấn cụ thể theo hồ sơ công trình.
