淺談鋼結(jié)構(gòu)建筑防火

1、    淺談鋼結(jié)構(gòu)建筑防火    王占生【摘 要】鋼材是一種不會燃燒的建筑材料，它具有抗震、抗彎等特性。在實際應(yīng)用中，鋼材既可以相對增加建筑物的荷載能力，也可以滿足建筑設(shè)計美感造型的需要，還避免了混凝土等建筑材料不能彎曲、拉伸的缺陷。但是鋼材作為建筑材料，在防火方面又存在一些難以避免的缺陷，它的機械性能，如屈服點、抗拉及彈性模量等均會因溫度的升高而急劇下降。本文簡述了鋼結(jié)構(gòu)具有的特點，參考國內(nèi)外資料，論述了鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計及防火保護的基本方法。并提出了今后工作中需大量研究的問題，為鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的完整性提供了參考 ?！娟P(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)建筑；防火措施在現(xiàn)代建筑施工

2、中，鋼結(jié)構(gòu)正在逐漸被廣泛利用。對于鋼網(wǎng)、鋼制門、鋼結(jié)構(gòu)的框架結(jié)構(gòu)這幾種應(yīng)用比較多的鋼結(jié)構(gòu)建筑形式來說，相關(guān)的鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計還沒有一個標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范，有必要制定一個對鋼結(jié)構(gòu)整體建筑框架的防火標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。應(yīng)該根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)特點，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的指導(dǎo)下，契合鋼結(jié)構(gòu)建筑耐火等級和防火措施，具體問題具體分析，緊緊跟隨現(xiàn)今鋼結(jié)構(gòu)建筑防火規(guī)范的發(fā)展趨勢。1.鋼結(jié)構(gòu)建筑火災(zāi)的危害鋼材成為鋼結(jié)構(gòu)建筑中的最主要建筑材料，雖然屬于一種不燃燒材料，但是鋼材的本身是一種熱良導(dǎo)體，十分容易傳導(dǎo)熱能。一般來說，當(dāng)溫度超過了260以上，鋼材料的極限強度與屈服點就會顯著的下降，溫度為400時，鋼材的屈服強度將降至室外溫下強度的一半

3、，溫度達到650時，鋼材基本喪失全部強度和剛度，可以近似等于零。這樣就使鋼材喪失了承載能力，導(dǎo)致鋼材出現(xiàn)過大變形，不能再繼續(xù)工作。鋼結(jié)構(gòu)建筑最主要的缺點就是耐火性能較差。如果沒有對它進行防火處理，即使鋼材的本身不會遇火而燃燒，可是遇到了高溫之后它的強度就會迅速的下降。鋼結(jié)構(gòu)的建筑一旦遇到火災(zāi)就易發(fā)生變形倒塌，這樣很容易造成較大經(jīng)濟損失和人員傷亡，造成嚴(yán)重的安全事故。2.鋼結(jié)構(gòu)耐火性能分析鋼結(jié)構(gòu)的燃點很高，屬于不然材料。但是作為建筑的主要結(jié)構(gòu)用材，鋼結(jié)構(gòu)的耐火性很差，在外界高溫條件下極易發(fā)生大的應(yīng)變，一旦應(yīng)變積累到一定程度，就會導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)的破壞。現(xiàn)就其主要影響因素分析如下：2.1鋼結(jié)構(gòu)對外界溫度

4、的靈敏反應(yīng)研究發(fā)現(xiàn)，鋼結(jié)構(gòu)隨著外界溫度的升高而表現(xiàn)出一定的膨脹性。在700一下，這個關(guān)系是一個很好的線性關(guān)系，隨著溫度的升高，熱膨脹應(yīng)變也會增大，但是當(dāng)外界的溫度達到了800-900的時候，鋼結(jié)構(gòu)的膨脹應(yīng)變會發(fā)生一個回縮，超過900攝氏度之后，又會繼續(xù)膨脹。這樣反復(fù)的膨脹應(yīng)變變化來源于鋼結(jié)構(gòu)的超靜定結(jié)構(gòu)，對鋼結(jié)構(gòu)是一種破壞。2.2溫度變化下，鋼結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的變化鋼結(jié)構(gòu)建筑的梁、柱、屋架是建筑的骨架，它的安全性直接關(guān)系到整幢建筑的安全，它們大都采用鋼材，鋼材雖然是不燃材料，但其耐火性能很差，隨著溫度的變化，其力學(xué)性能會發(fā)生很大的變化，具體表現(xiàn)為隨著溫度的升高，鋼結(jié)構(gòu)的承載能力會急劇下降。根據(jù)實驗

5、研究顯示，當(dāng)受到外界的影響而使鋼結(jié)構(gòu)的溫度達到350、500以及600的時候，它的強度只有原來的三分之一、二分之一以及三分之二。當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)的溫度為500的時候，將會逐漸失去保持建筑穩(wěn)定的性能，而當(dāng)溫度高于900攝氏度的時候，鋼結(jié)構(gòu)建筑很有可能在15米之內(nèi)快速倒塌。2.3鋼結(jié)構(gòu)極好的導(dǎo)熱性鋼結(jié)構(gòu)是一種極好的導(dǎo)熱材料，熱傳導(dǎo)在鋼結(jié)構(gòu)中傳播的速度極快，這就會導(dǎo)致整個鋼結(jié)構(gòu)都處于受熱條件下，一旦溫度超過了極限，就會發(fā)生破壞。2.4鋼結(jié)構(gòu)的荷載和幾何約束條件鋼結(jié)構(gòu)作為建筑的骨架，起著承受荷載的作用，但是一旦外界溫度發(fā)生急速變化，機會會導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)的承載能力急速下降，一旦超過了受火承載極限，就會發(fā)生破壞。所以

6、在防火設(shè)計中要充分考慮到外部荷載和鋼結(jié)構(gòu)幾何約束條件的組合關(guān)系，使得鋼結(jié)構(gòu)可以充分滿足設(shè)計要求。2.5影響鋼結(jié)構(gòu)耐火性能的幾個主要因素火災(zāi)越大，對鋼結(jié)構(gòu)影響越大；鋼結(jié)構(gòu)建筑內(nèi)部滅火措施的設(shè)計是否合理，也會影響鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能；對于重要的建筑物，要提高鋼結(jié)構(gòu)耐火性能設(shè)計等級；對于那些對整個建筑的荷載承受極為重要的部位，應(yīng)該提高材料耐火的等級，加大防火力度。3.鋼結(jié)構(gòu)建筑主要的防火措施為了提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能，優(yōu)化鋼結(jié)構(gòu)的材料屬性，使得所用的鋼結(jié)構(gòu)耐火極限在施工設(shè)計的控制范圍之內(nèi)，必須對鋼結(jié)構(gòu)建筑進行防火處理。目前常用的防火措施可以概括為水冷卻法、包敷法、噴涂法。3.1水冷卻法包括注水和淋水兩種方

7、法。為了控制鋼結(jié)構(gòu)的溫度，水冷卻注水法的主要實現(xiàn)方法是在內(nèi)部中空的鋼柱內(nèi)進行注水，并與上部的冷卻水水箱連同，形成一個可以內(nèi)部循環(huán)的冷卻封閉系統(tǒng)。當(dāng)外界發(fā)生火災(zāi)而導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)溫度升高的時候，鋼結(jié)構(gòu)和內(nèi)部的冷卻水會進行一個能量交換，兩者之間存在一個溫度的傳遞。然后鋼柱內(nèi)的冷卻水由于溫度的升高，隨即和上部冷卻水水箱中的水進行熱量交換，這樣就形成了一個冷卻水的循環(huán)，隨著循環(huán)的進行，不斷帶走鋼結(jié)構(gòu)上面的溫度。而水淋冷卻法是在鋼結(jié)構(gòu)上部布置自動噴淋系統(tǒng)，發(fā)生火災(zāi)時，啟動噴淋在鋼結(jié)構(gòu)表面形成一層連續(xù)的水膜，達到保護作用。3.2包敷法采用磚、混凝土、硅鈣板等材料將鋼結(jié)構(gòu)包裹，從而形成保護層，提高構(gòu)件耐火極限。主

8、要包括單面屏蔽法、外襯砌法。單面屏障法是一種對熱源的處理方法，主要的視線方法是在鋼結(jié)構(gòu)和火源之間設(shè)置一個屏障，使得火災(zāi)發(fā)生時，熱量無法快速傳遞給鋼結(jié)構(gòu)。外襯砌的主要目的也是隔斷火源，主要的襯砌材料是混凝土、耐火磚以及耐火輕質(zhì)材料。實現(xiàn)方法和單面屏障法類似，只是外襯砌方法是把混凝土或者耐火磚完全包裹鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，完全防止了鋼結(jié)構(gòu)和火源的直接接觸。3.3噴涂法為了提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能，可以在其表面噴涂一層防火材料，形成一層保護膜，提高發(fā)生火災(zāi)之后鋼結(jié)構(gòu)的耐火性， 它具有施工簡單等特點，而且不用考慮鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的形狀，經(jīng)濟性和適用性都不錯。我們在設(shè)計時，要根據(jù)不同建筑對構(gòu)件耐火極限的要求，通過科學(xué)比較，選出最恰當(dāng)?shù)姆阑鸨Ｗo方法，達到經(jīng)濟和安全要求。往往都是幾種方法一起使用，保證鋼結(jié)構(gòu)建筑的耐火性能能夠滿足前期設(shè)計的要求，避免在火災(zāi)出現(xiàn)時，鋼結(jié)構(gòu)耐火性能不達標(biāo)的現(xiàn)象出現(xiàn)。還要時常檢查防護層是否穩(wěn)定，對進行了防火措施的鋼構(gòu)件時時監(jiān)測，以保證一旦出現(xiàn)火災(zāi)，能夠立刻發(fā)揮作用。4.結(jié)語當(dāng)前建筑結(jié)構(gòu)正由土木結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)向鋼結(jié)構(gòu)快速發(fā)