同濟(jì)大學(xué)高等鋼結(jié)構(gòu)李國(guó)強(qiáng)作業(yè)淺談鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)措施

1、高等鋼構(gòu)造小論文系所：土木工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)：建筑與土木工程 學(xué)號(hào)： 姓名： 指導(dǎo)教師：李國(guó)強(qiáng)二 零 一 五 年 一 月 九 日淺談鋼構(gòu)造防火保護(hù)措施摘要：本文根據(jù)防火原理不同，將鋼構(gòu)造防火保護(hù)方式分為兩大類(lèi)：截流法和輸導(dǎo)法。前者是在構(gòu)件外表設(shè)置一層保護(hù)材料，利用保護(hù)材料截?cái)嗷蜃铚馂?zāi)產(chǎn)生的熱量傳向鋼構(gòu)件,從而使構(gòu)件在規(guī)定時(shí)間內(nèi)的溫升不超過(guò)其臨界溫度，后者允許熱量傳到構(gòu)件上,但設(shè)法把熱量導(dǎo)走或消耗掉，從而使構(gòu)件溫度不至升高到臨界溫度,起到保護(hù)作用。并分別討論各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。關(guān)鍵字：鋼構(gòu)造；防火保護(hù)措施；優(yōu)缺點(diǎn). 1背景同傳統(tǒng)的磚石構(gòu)造、混凝土構(gòu)造相比，鋼構(gòu)造具有受荷能力強(qiáng)、自重小、占空體積小、構(gòu)

2、件制造與安裝方便等許多優(yōu)點(diǎn),因此越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于建筑中。特別是大型建筑如展覽館、候機(jī)樓、大型商場(chǎng)及工業(yè)廠房等不斷增多，采用鋼構(gòu)造的建筑也隨之不斷增加。鋼構(gòu)造自身不燃，但其耐火性能遠(yuǎn)較磚石構(gòu)造和混凝土構(gòu)造差。因此，不作防火保護(hù)的鋼構(gòu)造，其火災(zāi)的危險(xiǎn)性是非常大的。鋼本身不會(huì)起火燃燒，但在未進(jìn)展防火處理的情況下，火災(zāi)時(shí)其強(qiáng)度會(huì)迅速下降，一般構(gòu)造溫度到達(dá)350、500、600時(shí)，強(qiáng)度分別下降13、l2、23。據(jù)理論計(jì)算，在全負(fù)荷情況下，使鋼構(gòu)造失去靜態(tài)平衡穩(wěn)定性的臨界溫度為500左右，而一般火場(chǎng)溫度到達(dá)8001000，在這樣高的溫度下，裸露的鋼構(gòu)造會(huì)很快出現(xiàn)塑性變形,產(chǎn)生局部破壞，造成鋼構(gòu)造整體倒塌

3、失效。為克制鋼材在防火方面的缺乏，須對(duì)鋼構(gòu)造進(jìn)展必要的防火處理，以便將鋼構(gòu)造中各建筑構(gòu)件的燃燒性能及耐火極限提高到標(biāo)準(zhǔn)要求范圍。1 根據(jù)防火原理不同，鋼構(gòu)造防火保護(hù)方式分為兩大類(lèi)：截流法和輸導(dǎo)法。截流法又可分為噴涂法、包封法、屏蔽法和水噴淋法等幾種，疏導(dǎo)法目前僅有充水冷卻保護(hù)這一方法。本文將具體介紹各種防火措施，并比擬其優(yōu)缺點(diǎn)。2鋼構(gòu)造防火保護(hù)措施總的來(lái)說(shuō)，鋼構(gòu)造的防火保護(hù)就是在其外表提供一層絕熱或吸熱的材料，隔絕火焰直接灼燒鋼構(gòu)造，阻止熱量向鋼基材的傳遞，推遲鋼構(gòu)造升溫和強(qiáng)度降低的時(shí)間，使之到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的耐火極限要求。根據(jù)防火原理來(lái)區(qū)分,鋼構(gòu)造的防火保護(hù)方式可分為截流法和輸導(dǎo)法兩大類(lèi)2。截流

4、法截流法是在構(gòu)件外表設(shè)置一層保護(hù)材料,其原理是利用保護(hù)材料截?cái)嗷蜃铚馂?zāi)產(chǎn)生的熱量傳向鋼構(gòu)件,從而使構(gòu)件在規(guī)定時(shí)間內(nèi)的溫升不超過(guò)其臨界溫度。實(shí)際火災(zāi)中,火災(zāi)產(chǎn)生的高溫首先傳給這些保護(hù)材料,再由保護(hù)材料傳給構(gòu)件。由于保護(hù)材料的熱導(dǎo)率較小,熱容較大,能很好地阻滯熱量向構(gòu)件的傳導(dǎo),從而起到保護(hù)鋼構(gòu)件的作用。截流法又可分為噴涂法、包封法、屏蔽法和水噴淋法等幾種.噴涂法該方法是用噴涂機(jī)具將防火涂料直接噴在構(gòu)件外表，形成保護(hù)層；或?qū)⒘顭o(wú)機(jī)纖維通過(guò)噴射施工方式，噴打在被附著外表基面上，粒狀棉與粒狀棉再相互聚集，從而形成附著面上有一定形狀的纖維層材料。噴涂法的特點(diǎn)是施工技術(shù)簡(jiǎn)單,重量輕,適用范圍廣,具有較好

5、的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性；其缺乏之處是噴涂時(shí)污染環(huán)境,裝飾效果不太好。1鋼構(gòu)造防火涂料鋼構(gòu)造防火涂料涂層對(duì)鋼基材起屏蔽作用，使鋼構(gòu)造不至于直接暴露在火焰高溫中。涂層吸熱后局部物質(zhì)分解釋放出的水蒸汽或其它不燃?xì)怏w起到消耗熱量、降低火焰溫度和燃燒速度、稀釋氧氣的作用。涂層本身多孔輕質(zhì)或受熱后形成的碳化泡沫層可阻止熱量迅速向鋼基材傳遞、推遲鋼基材強(qiáng)度的降低，從而提高鋼構(gòu)造的耐火極限。根據(jù)高溫下的涂層變化情況，鋼構(gòu)造防火涂料可分為膨脹型和非膨脹型兩大類(lèi)，其分類(lèi)依據(jù)詳下表。型號(hào)代號(hào)涂層特性主要成分膨脹型防火涂料薄型防火涂料B遇火膨脹，形成多孔碳化層，涂層厚度小于7mm有機(jī)樹(shù)脂為基料，以及發(fā)泡劑、阻燃劑、碳化劑等

6、非膨脹型防火涂料厚型防火涂料H遇火不膨脹，自身有良好的隔熱性，涂層厚度為8mm40mm無(wú)機(jī)絕熱涂料為主，以及無(wú)機(jī)粘結(jié)劑等注：膨脹型涂料中將涂層只有 2mm3mm，耐火極限可到達(dá) 1.5h以上的又稱(chēng)之超薄型防火涂料。噴涂防火涂料為最簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、有效的防火方式。價(jià)格低、重量輕、施工速度快，適用于形狀復(fù)雜的鋼構(gòu)件. 具有不燃、無(wú)毒、耐老化等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于永久性建筑。目前國(guó)內(nèi)工程上鋼構(gòu)造防火保護(hù)措施通常是采用防火涂料,近年來(lái)鋼構(gòu)造防火涂料無(wú)論從產(chǎn)品品種、質(zhì)量還是應(yīng)用范圍都有了長(zhǎng)足的開(kāi)展,在國(guó)內(nèi)己先后研制出厚型、薄型和超薄型鋼構(gòu)造防火涂料多種,國(guó)家也公布了該產(chǎn)品的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn),這使得鋼構(gòu)造防火涂

7、料在工程中的應(yīng)用技術(shù)更加成熟。2噴射無(wú)機(jī)纖維防火材料無(wú)機(jī)纖維噴涂是一種新型環(huán)保建筑涂料，主要由無(wú)機(jī)纖維與水基型膠粘劑組成，經(jīng)拌和后通過(guò)空壓泵進(jìn)展噴涂，與霧化水混合噴到需要保護(hù)的基材上形成涂層。該涂層可滿(mǎn)足吸音、保溫、防火保護(hù)的要求。 本材料質(zhì)輕、無(wú)毒無(wú)味、吸聲、耐候性好、高效隔熱、耐火可靠，可實(shí)現(xiàn)5h以上高耐火極限保護(hù)。3噴射無(wú)機(jī)纖維防火護(hù)層材料具有以下優(yōu)點(diǎn):對(duì)鋼、混凝土和木材有很好的附著力。導(dǎo)熱率低,尤其是在火場(chǎng)高溫下。質(zhì)量輕,所增加的質(zhì)量不大,在構(gòu)造可承受的范圍內(nèi)。在高溫火場(chǎng)中,厚度沒(méi)有明顯變化,護(hù)層不熔化、不脫落,能夠使被保護(hù)構(gòu)件到達(dá)5h以上的耐火極限。產(chǎn)品經(jīng)濟(jì),材料費(fèi)、生產(chǎn)費(fèi)和施工費(fèi)的

8、總費(fèi)用低。平安性好,在火場(chǎng)中不產(chǎn)生有毒有害氣體。耐候性好,能長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)受晝夜溫差和四季溫差以及紫外線(xiàn)的侵襲。在構(gòu)造外表附著的防火護(hù)層材料,其外表可進(jìn)展第2次裝飾處理。包封法包封法是指在鋼構(gòu)造構(gòu)件外表或外圍直接施用防火材料,如砌筑粘土磚、澆注混凝土、鋼絲網(wǎng)抹耐火砂漿、包封防火板材等,將裸露的鋼構(gòu)件包封或覆蓋起來(lái),從而到達(dá)提高鋼構(gòu)造耐火能力的目的。有以下及幾種類(lèi)型：1外包混凝土或砌筑砌體。外包材料密度較大，硬度高，材料采用砌筑方式施工，外外表用水泥或石膏砂漿粉刷。常用的塊狀材料有各種粘土磚、粘土空心磚、加氣混凝土砌塊、陶?？招钠鰤K等?；炷敛牧霞炔蝗?，又有大熱容量，能有效減緩構(gòu)件的升溫。也可在外表加

9、敷鋼絲網(wǎng)，防止表層在高溫下剝落，進(jìn)一步提高耐火性能。這種保護(hù)層強(qiáng)度高、耐沖擊，占用空間較大，適用于容易碰撞、無(wú)保護(hù)面板的鋼柱防火保護(hù)。2防火板包覆。防火板根據(jù)密度不同可為低密度防火板、中密度防火板和高密度防火板；根據(jù)使用厚度的不同可分為防火薄板和防火厚板。常用防火板主要有紙面石膏板、纖維增強(qiáng)水泥板、纖維增強(qiáng)硅酸鈣板、水泥蛭石板、水泥珍珠巖板、硅酸鈣防火板、巖棉板和玻鎂平板等。板間連接可采用釘合及粘合的方法。施工簡(jiǎn)單、工期短、有利于工業(yè)化且復(fù)原性較好3復(fù)合防火保護(hù)即在鋼構(gòu)造外表涂覆防火涂料或采用柔性氈狀隔熱材料包覆，再用輕質(zhì)防火板作飾面板。常用的柔性氈狀材料有硅酸鋁棉氈、礦渣棉氈、巖棉氈、玻璃棉

10、氈等。綜上該方法具有重量輕、干式作業(yè)、強(qiáng)度高、耐沖擊、施工方便、裝飾方便、耐火性能及耐久性?xún)?yōu)越、防護(hù)性能好、損耗較小、本錢(qián)較低、尺寸穩(wěn)定、無(wú)毒無(wú)害等優(yōu)點(diǎn)。屏蔽法屏蔽法是在鋼構(gòu)件的迎火面設(shè)置阻火屏障,將構(gòu)件與火焰隔開(kāi),具體方法是把鋼構(gòu)件屏蔽在耐火材料組成的墻體或吊頂內(nèi)。這種方法比擬經(jīng)濟(jì),在火災(zāi)時(shí)可以使鋼構(gòu)造的升溫大為延緩，大大提高鋼構(gòu)造的耐火能力，而且還能增加室內(nèi)的美觀。但只能用于建筑物的某些特殊部位,主要適用于屋蓋系統(tǒng)的保護(hù)。水噴淋法所謂的水噴淋法,就是在鋼構(gòu)造的建筑構(gòu)造上部設(shè)置了水噴淋管網(wǎng)與噴頭。當(dāng)鋼構(gòu)造的建筑發(fā)生了火災(zāi)的時(shí)候,水噴頭受熱之后就會(huì)自動(dòng)的翻開(kāi)向建筑構(gòu)件噴水了,這樣就使建筑構(gòu)件的

11、外表形成了連續(xù)流動(dòng)水膜, 火焰蔓延到鋼構(gòu)造外表時(shí)，水分蒸發(fā)帶走熱量，延緩鋼構(gòu)造建筑到達(dá)其界限溫度。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于可與消防噴淋系統(tǒng)結(jié)合統(tǒng)一考慮,而不必再另作防火處理,但只能用于己設(shè)置噴淋系統(tǒng)的高層建筑物內(nèi)。疏導(dǎo)法疏導(dǎo)法與截流法的不同之處在于它允許熱量傳到構(gòu)件上,然后設(shè)法把熱量導(dǎo)走或消耗掉,同樣可使構(gòu)件溫度不至升高到臨界溫度,從而起到保護(hù)作用。疏導(dǎo)法目前僅有充水冷卻保護(hù)這一方法，鋼構(gòu)造的充水冷卻,就是往空心的封閉柱中充滿(mǎn)水,出現(xiàn)火災(zāi)的時(shí)侯,構(gòu)件就會(huì)將從火中吸收來(lái)的熱量傳給柱中的水,再通過(guò)水的蒸發(fā)來(lái)消耗熱量或者通過(guò)循環(huán)將熱量導(dǎo)走,這樣的構(gòu)件溫度是可以保持到100左右。水冷卻法既可單根柱自成系統(tǒng),

12、又可多根柱聯(lián)通。前者僅依靠水的蒸發(fā)耗熱;后者既能蒸發(fā)耗熱,又能借水的溫差形成循環(huán),把熱量導(dǎo)向非火災(zāi)區(qū)溫度較低的構(gòu)件。從理論上講,這是鋼構(gòu)造保護(hù)最有效的方法。充水法造價(jià)低，但對(duì)構(gòu)件的防滲漏、防腐蝕要求高，還要保證水源的充足，防止冬季水冰結(jié)，并只適用于空心鋼構(gòu)件。此法在國(guó)外被廣泛的應(yīng)用在鋼構(gòu)的防火保護(hù)中，但在我國(guó)實(shí)際應(yīng)用較少。4,53 防火措施比擬綜合評(píng)價(jià)上述幾種方法, 噴涂法主要優(yōu)勢(shì)在施工工藝簡(jiǎn)便，噴涂后構(gòu)件外形不發(fā)生大的改變；包封法主要優(yōu)勢(shì)在于本錢(qián)較低，防火性能與耐久性好。疏導(dǎo)法和水噴淋法系統(tǒng)造價(jià)高、施工與日常維修均比擬困難；屏蔽法保護(hù)的構(gòu)件形式有限。 鋼構(gòu)造防火保護(hù)措施的采用要考慮多方面因素的影響，如構(gòu)件類(lèi)型、施工難易度、施工質(zhì)量要求、耐久性要求和經(jīng)濟(jì)效益等，各種防火措施有各自的優(yōu)勢(shì)和缺乏，在工程運(yùn)用中，可取長(zhǎng)補(bǔ)短，多種防火措施結(jié)合使用，并可以通過(guò)采取不同措施，設(shè)置多道防火防線(xiàn)。4 結(jié)語(yǔ)目前應(yīng)用最廣泛的是噴涂法和包封法兩種防火保護(hù)方式。在我國(guó)噴涂法技術(shù)比防火板包封法更為成熟,是目前普遍采用的防火保護(hù)方法,但近年來(lái)國(guó)外和某些興旺地區(qū)己較廣泛地使用新型防火板包敷保護(hù)鋼構(gòu)造。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的開(kāi)展,防火板包封法做為一項(xiàng)先進(jìn)的鋼構(gòu)造防火保護(hù)技術(shù)應(yīng)