淺談鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計

淺談鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計隨著我國鋼產(chǎn)量的增加，鋼結(jié)構(gòu)在建筑中的應(yīng)用必然會越來越廣泛，也必然會產(chǎn)生越來越深遠的影響。鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計也越來越受到人們的重視，本文從鋼結(jié)構(gòu)的防火理論出發(fā)，探討了鋼結(jié)構(gòu)的防火措施。標(biāo)簽鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計；理論；措施1鋼結(jié)構(gòu)的防火理論1.1鋼結(jié)構(gòu)的物理性質(zhì)鋼材雖然屬于非燃燒材料，但它的力學(xué)性能對溫度變化很敏感。當(dāng)溫度升高時，鋼材的屈服強度、抗拉強度和彈性模量的總趨勢是降低的，但在200℃以下時變化不大。當(dāng)溫度在250℃左右時，鋼材的抗拉強度反而有較大提高，而塑性和韌性下降。當(dāng)溫度超過300℃時，鋼材的屈服強度、抗拉強度、彈性模量開始顯著下降，鋼材產(chǎn)生徐變;當(dāng)溫度超過400℃時，強度和彈性模量都急劇降低;達到600℃時，屈服強度、抗拉強度和彈性模量均接近于零，其承載力幾乎完全喪失。這就是所謂的鋼材耐熱不耐火。因此一旦發(fā)生火災(zāi)，鋼結(jié)構(gòu)很容易遭受破壞而倒塌。所以在建筑設(shè)計時，必須加大對建筑材料的防火保護，以增強其耐火極限，并在建筑內(nèi)部制定必要的應(yīng)急方案，以減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。1.2鋼結(jié)構(gòu)的截面系數(shù)鋼構(gòu)件受火時，達到某一指定溫度所需要的時間與構(gòu)件截面形狀有關(guān)。當(dāng)構(gòu)件直接受火表面面積越大，熱量交換越多，所需時間越短，構(gòu)件截面面積越大，達到指定溫度吸收的熱量越多，則所經(jīng)歷的時間越長。所以可以用構(gòu)件的截面系數(shù)來表示構(gòu)件的吸熱能力。截面系數(shù)越大，構(gòu)件越不耐火。但即使同一構(gòu)件，所用保護材料構(gòu)造方式不同即有時采用周邊包封，有時周邊噴涂，有時構(gòu)件三面受火(如梁、一邊靠墻柱)或構(gòu)件四面受火，其截面系數(shù)也是不同的。所以確定合適的截面系數(shù)是很重要的。CECS200∶2006建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范在附錄中相應(yīng)的規(guī)定。1.3耐火極限的要求所謂鋼構(gòu)件的耐火極限是鋼構(gòu)件受標(biāo)準(zhǔn)升溫火災(zāi)條件下，失去穩(wěn)定性、完整性或絕熱性所用的時間，一般以小時(h)計?！督ㄖO(shè)計防火規(guī)范》規(guī)定民用建筑的耐火等級分為一、二、三、四級。除此規(guī)范另有規(guī)定者外，不同耐火等級建筑物相應(yīng)構(gòu)件的燃燒性能和耐火極限不應(yīng)低于規(guī)范中的相關(guān)規(guī)定。1.4防火保護措施的種類鋼結(jié)構(gòu)進行防火處理目的是將鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限提高到規(guī)范規(guī)定的極限范圍，防止鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中迅速升溫發(fā)生結(jié)構(gòu)失效。一般處理方法為采用絕熱、耐火材料阻隔火焰直接灼燒鋼結(jié)構(gòu)，降低熱量傳遞的速度，推遲鋼結(jié)構(gòu)升溫，強度變?nèi)醯臅r間等。目前，世界各國對鋼結(jié)構(gòu)采用多種方法進行保護。2鋼結(jié)構(gòu)的防火措施2.1截流法截流法是在構(gòu)件表面設(shè)置一層保護材料，火災(zāi)產(chǎn)生的高溫首先傳給這些保護材料，再由保護材料傳給構(gòu)件。截流法又分為噴涂法、包封法、屏蔽法和水噴淋法。2.1.1噴涂法:采用噴涂鋼結(jié)構(gòu)防火涂料或噴射無機纖維保護構(gòu)件。這種方法具有防火隔熱性能好，施工不受鋼結(jié)構(gòu)幾何形體限制等特點。防火機理是:a．防火涂料本身具有難燃或不燃性，使被保護的鋼材不直接與空氣接觸，從而延遲鋼材著火燃燒。b．防火涂料遇火分解出不燃的惰性氣體，沖淡被保護鋼材受熱分解的易燃?xì)怏w和空氣中的氧氣，抑制燃燒。c．燃燒被認(rèn)為是游離基引起的連鎖反應(yīng)，而含氯、磷的防火涂料受熱分解出一些活性自由基因可與有機游離基化合，中斷連鎖反應(yīng)，降低燃燒速度。d．膨脹型防火涂料遇火膨脹發(fā)泡，生成一層泡沫隔熱層，封閉被保護的鋼材，阻止鋼材燃燒。防火涂料的選用原則:a．鋼構(gòu)件耐火極限設(shè)計要求不大于1．5h時，宜采用超薄型或薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。b．鋼構(gòu)件耐火極限設(shè)計要求為1．5h～2．5h時，宜采用薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料、厚型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。c．鋼構(gòu)件耐火極限設(shè)計要求為3．0h或3．0h以上時，宜采用厚型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。涂料厚度根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗數(shù)據(jù)選定相應(yīng)的涂料厚度。2.1.2是用耐火材料把構(gòu)件包裹起來。包封材料有防火板材、混凝土、鋼絲網(wǎng)抹耐火砂漿等。當(dāng)采用石膏板、蛭石板、硅酸鈣板、珍珠巖板等硬質(zhì)防火板材包封時，板材可用膠粘劑或鋼件固定。當(dāng)包封層數(shù)最少兩層時，各層板應(yīng)分別固定，板縫應(yīng)相互錯開，其距離不宜小于400mm。當(dāng)用巖棉、礦棉等軟質(zhì)板材包封時，應(yīng)用薄金屬板或其他不燃性板材包裹。2.1.3鋼結(jié)構(gòu)設(shè)置在耐火材料組成的墻體或頂棚內(nèi)，或?qū)?gòu)件包藏在兩片墻之間的空隙里。2.2疏導(dǎo)法疏導(dǎo)法是在空心封閉截面中(主要為柱)充滿水，火災(zāi)時鋼構(gòu)件把從火場中吸收的熱量傳給水，依靠水的蒸發(fā)消耗熱量或通過循環(huán)把熱量導(dǎo)走，構(gòu)件溫度可維持在100℃左右。水冷卻法既可單根柱自成系統(tǒng)，又可多根柱連通。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)溫度較低的柱。2.3包敷法包敷法是采用混凝土、砂漿、礦物纖維、輕質(zhì)預(yù)制板等材料將鋼結(jié)構(gòu)包裹，從而形成保護層，提高構(gòu)件的耐火極限。①用現(xiàn)澆混凝土作耐火保護層。所使用的材料有混凝土、輕質(zhì)混凝土及加氣混凝土等。這些材料既有不燃性，又有較大的熱容量，用作耐火保護層能使構(gòu)件的升溫減緩。由于混凝土的表層在火災(zāi)高溫下易于剝落，可在鋼材表面加敷鋼絲網(wǎng)，進一步提高耐火性能。②用砂漿或灰膠泥作耐火保護層。所使用的材料一般有砂漿、輕質(zhì)巖漿、珍珠巖砂漿或灰膠泥、蛭石砂漿或石灰膠泥等。上述材料均有良好的耐火性能，其施工方法常為金屬網(wǎng)上涂抹上述材料。③用礦物纖維作耐火保護層。其材料有石棉、巖棉及礦渣棉等。具體施工方法是將礦物纖維與水泥混合，再用特殊噴槍與水的噴霧同時向底子噴涂，構(gòu)成海綿狀的覆蓋層，然后抹平或任其呈凹凸?fàn)?。上述方式可直接噴在鋼?gòu)件上，也可以向其上的金屬網(wǎng)噴涂，且以后者效果較好。④用輕質(zhì)預(yù)制板作耐火保護層。2.4水淋冷卻法水淋冷卻法是在鋼結(jié)構(gòu)上方布置自動噴淋系統(tǒng)，發(fā)生火災(zāi)時，啟動噴淋從而在鋼結(jié)構(gòu)表面形成一層連續(xù)的水膜，達到保護作用。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。2.5強化報警系統(tǒng)和滅火裝置2.5.1報警系統(tǒng)在傳統(tǒng)的探測報警設(shè)備中，感溫探測器只能探測8m及以下高度的空間，感煙探測器為12m及以下，火焰探測器及紅外光束感煙探測器為20m及以下。鑒于大空間建筑的構(gòu)造特性，功能區(qū)等固定房間可采用普通感溫(煙)探測器，而展覽區(qū)等大空間在實際中多采用雙波段火焰探測器、線型光束圖像感煙探測器等配合自動水炮系統(tǒng)等先進技術(shù)。2.5.2滅火裝置自動報警滅火系統(tǒng)是一種重要的滅火、報警措施，是目前世界上采用最廣泛的一種固定滅火報警設(shè)施?？紤]到高層建筑以自防自救為主，室內(nèi)消防用水量比室外的要大些，室內(nèi)消火栓用水量為40L/s，是規(guī)范規(guī)定的建筑物消防用水的上限值。自動報警滅火系統(tǒng)中的自動噴水滅火裝置，根據(jù)被保護建筑物的性質(zhì)和火災(zāi)發(fā)生、發(fā)展特性的不同，可以有許多不同的系統(tǒng)形式。通常根據(jù)系統(tǒng)中所使用的噴頭形式不同，分為閉式自動噴水滅火、開式自動噴水滅火。具體采用哪種滅火系統(tǒng)應(yīng)符合《建筑設(shè)計防火規(guī)范》的規(guī)定。3總結(jié)雖然鋼結(jié)構(gòu)集眾多優(yōu)點于一身，但是鋼結(jié)構(gòu)有一個致命的弱點：不耐高溫。雖然鋼結(jié)構(gòu)本身不具有可燃性，但是鋼結(jié)構(gòu)本身又有受熱強度降低極易造成建筑物倒塌等特性