性能設(shè)計(jì)方法在鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)中的應(yīng)用分析

摘要：在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時(shí)，建筑業(yè)也獲得了飛速發(fā)展。同時(shí)，由于鋼結(jié)構(gòu)建筑的不斷增加，其消防安全問題也日益受到重視。在此類工程建設(shè)過程中，一旦出現(xiàn)了嚴(yán)重的火災(zāi)事故，就會(huì)給人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全帶來嚴(yán)重威脅。這就要求建設(shè)企業(yè)加強(qiáng)對(duì)消防安全的重視，提高建筑防火安全意識(shí)。本文就鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)中的性能設(shè)計(jì)展開分析，旨在為相關(guān)建筑安全提供可行的理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：性能設(shè)計(jì)方法；鋼結(jié)構(gòu)；建筑；防火設(shè)計(jì)目前，基于性能化的火災(zāi)防護(hù)設(shè)計(jì)已經(jīng)是一種比較成熟的建筑防火技術(shù)?；谛阅芑姆阑鹪O(shè)計(jì)既符合《建筑防火規(guī)范》規(guī)定，又可結(jié)合使用者及房屋特性進(jìn)行設(shè)計(jì)項(xiàng)目變更，提升了建筑的抗火性能，減少了火災(zāi)發(fā)生危險(xiǎn)。雖然有效的性能設(shè)計(jì)能夠使火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)得到有效控制，然而從目前的鋼結(jié)構(gòu)建筑消防設(shè)計(jì)狀況來看，其防火設(shè)計(jì)方面仍有許多不足之處。因此，各建設(shè)企業(yè)都應(yīng)積極應(yīng)對(duì)火災(zāi)問題，運(yùn)用基于性能化的方法來確保鋼結(jié)構(gòu)建筑的安全。本文著重論述了鋼結(jié)構(gòu)建筑防火措施，并對(duì)其進(jìn)行了性能分析，旨在探析其應(yīng)用成效與完善對(duì)策。一、鋼結(jié)構(gòu)建筑的特點(diǎn)由于鋼結(jié)構(gòu)建筑的重量輕，施工速度快，可利用空間大，所以在諸多一線發(fā)達(dá)城市中，很多工程都采用了鋼結(jié)構(gòu)[1]。鋼建筑物已經(jīng)有一百多年的歷史，鋼材是一種不可燃燒的物質(zhì)，但是它沒有耐火性能，當(dāng)溫度升高時(shí)，它的屈服強(qiáng)度和彈性模數(shù)就會(huì)降低。如果溫度保持在400攝氏度，屈服強(qiáng)度就只有50%；如果溫度達(dá)到600攝氏度，鋼筋已經(jīng)完全失去了承受能力。目前，國際上普遍認(rèn)可的鋼材抗火能力是0.25小時(shí)。對(duì)于一棟無火災(zāi)防護(hù)的鋼鐵建筑，其梁柱等主要構(gòu)成部分在火災(zāi)中受損或坍塌，這將對(duì)人們的生命安全及財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重影響。同時(shí)，也會(huì)阻礙消防員的滅火進(jìn)度，建筑內(nèi)人員的疏散逃離工作也會(huì)受到影響。因此，在火災(zāi)防護(hù)方面，鋼結(jié)構(gòu)建筑的火災(zāi)預(yù)防一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。二、鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)中的挑戰(zhàn)（一）防火分區(qū)的挑戰(zhàn)根據(jù)有關(guān)規(guī)定，大面積建筑在設(shè)計(jì)防火墻或防火卷簾時(shí)，會(huì)將其進(jìn)行有效的區(qū)域劃分，一般會(huì)分作十幾個(gè)或幾十個(gè)區(qū)域。采用“處方式”的消防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行火災(zāi)分析，不僅會(huì)對(duì)建筑物的使用性能產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面作用，還會(huì)對(duì)建筑物本身的美感、藝術(shù)性產(chǎn)生不利后果。由于火災(zāi)發(fā)生的具體情況不同，人們安全撤離和滅火方法也不同。（二）傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)建筑防火保護(hù)方法的挑戰(zhàn)當(dāng)前，國內(nèi)采用的火災(zāi)防護(hù)措施仍以防火噴涂為主，未將主動(dòng)防火納入其中。在“建規(guī)”與“高規(guī)”中，對(duì)于建筑物的特性以及建筑物內(nèi)有無設(shè)置如自動(dòng)灑水裝置之類的積極消防裝置，均未加以區(qū)分。對(duì)建筑物進(jìn)行火災(zāi)防護(hù)時(shí)，缺乏對(duì)其進(jìn)行受力分析和計(jì)算的基礎(chǔ)。鋼材的抗火界限是把受火災(zāi)防護(hù)的單獨(dú)鋼材置于規(guī)定的測(cè)試爐中，根據(jù)加熱曲線標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試[2]。然而，在實(shí)際工程中，由于不同的構(gòu)件所承受的壓力不同，難以用實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行仿真分析，且不同的荷載對(duì)其抗火能力有很大影響。在實(shí)驗(yàn)中很難對(duì)節(jié)點(diǎn)的末端約束進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，而且兩端的約束也是影響節(jié)點(diǎn)抗火能力的一個(gè)主要因素。另外，火災(zāi)引起構(gòu)件內(nèi)部存在一定的溫度應(yīng)力，現(xiàn)有的測(cè)試手段很難精確體現(xiàn)這種作用。三、鋼結(jié)構(gòu)建筑防火保護(hù)方法目前，我國越來越多的城市建設(shè)都使用了鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)用頻率不斷增加。相較于其他結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)存在以下優(yōu)勢(shì)：建造周期較快；建造方式較靈活；鋼結(jié)構(gòu)有較大的可利用面積。然而，鋼材的耐火性能一般較差，火焰愈旺，鋼材的支撐力量愈弱?，F(xiàn)階段，鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火設(shè)計(jì)已受到越來越多建筑企業(yè)和單位的重視。要使鋼結(jié)構(gòu)建筑中的鋼鐵材料具有良好的防火性能，必須對(duì)其進(jìn)行隔絕，減少其受熱范圍，從而延長(zhǎng)其承受溫度的時(shí)間[3]。現(xiàn)階段，為了提高鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命和耐高溫性能，國內(nèi)建筑企業(yè)大多采取鋼材外包的方式解決該問題。鋼材外包主要有以下常見的三種材料：第一，在鋼結(jié)構(gòu)施工中采用混凝土外包鋼鐵，施工人員要在整個(gè)施工過程中將鋼筋全部覆蓋。目前，國內(nèi)許多鋼結(jié)構(gòu)工程均采用鋼筋外包的方式來增強(qiáng)其防火性能，如上海部分城市建設(shè)工程就采用了混凝土外包鋼材的形式。第二，使用具有更高防火性能的耐火建材將鋼鐵構(gòu)件進(jìn)行外包。耐火性能比較好的耐火材料包括TK板、石膏板等，它們都是不可燃燒的，將其材料用于鋼結(jié)構(gòu)建筑物內(nèi)的鋼構(gòu)件外包，能有效使鋼筋與高溫相隔離。鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)企業(yè)在進(jìn)行鋼材外包時(shí)，可以根據(jù)自己的具體情況，將國外的一些先進(jìn)做法吸收過來（防火涂料構(gòu)造設(shè)計(jì)圖，見圖1）。第三，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)中的鋼構(gòu)件噴涂高性能防火材料，能有效隔絕高溫。防火材料在鋼結(jié)構(gòu)表面生成一種保護(hù)性的保護(hù)層，從而增強(qiáng)其抗火性能。從80年代起，國內(nèi)就引進(jìn)了國外的防火涂料，并將其應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)的鋼構(gòu)件上。然而，向歐美采購防火涂料費(fèi)用昂貴，并且存在許多不確定因素。因此，從1985年起，國內(nèi)就已著手制造和處理此種鋼材防火涂料，為鋼結(jié)構(gòu)施工企業(yè)節(jié)省建設(shè)費(fèi)用。1990年，國家頒布了有關(guān)消防涂料的相關(guān)規(guī)定，以加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)建筑防火涂料的質(zhì)量，確保其工程建設(shè)質(zhì)量[4]。目前，國內(nèi)常用的抗火材料主要有膨脹型和非膨脹型兩類。就膨脹型涂料而言，通過高溫燃燒，其體積會(huì)不斷增大，鋼結(jié)構(gòu)材料的耐火性能也會(huì)隨之提升。非膨脹型涂料相對(duì)更厚，厚度通常是8-55mm。雖然該材質(zhì)經(jīng)高溫燃燒，體積依舊保持不變，但是其材質(zhì)的隔熱性能極佳，能將鋼結(jié)構(gòu)房屋內(nèi)的鋼鐵與高溫隔離開來，從而提升鋼材料的防火性能。四、鋼結(jié)構(gòu)建筑的性能設(shè)計(jì)關(guān)鍵在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)時(shí)，關(guān)鍵在于對(duì)其防火能力進(jìn)行全面評(píng)價(jià)[5]。通過對(duì)其進(jìn)行火災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，可以更好檢驗(yàn)其是否合理、可行，從而使其符合相關(guān)的消防規(guī)范。若在檢驗(yàn)期間，得知鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火性能較差，應(yīng)馬上制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。設(shè)計(jì)鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火性能時(shí)，需要注意以下三點(diǎn)：抗火能力設(shè)計(jì)；抗火能力全面評(píng)價(jià)；完善解決措施和針對(duì)這些問題的應(yīng)對(duì)策略。這三者密切相關(guān)，密不可分。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)建筑施工企業(yè)而言，能夠根據(jù)建筑項(xiàng)目的實(shí)際情況評(píng)估其性能，明確可行且科學(xué)的設(shè)計(jì)方案。同時(shí)，可以委托有關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行消防安全性能綜合測(cè)評(píng)，以便及時(shí)知曉問題，確定解決對(duì)策。為了確保鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火性能，需要按照國家防火要求和規(guī)定來實(shí)施[6]。相反，如果不是根據(jù)相關(guān)規(guī)范對(duì)鋼結(jié)構(gòu)房屋進(jìn)行防火設(shè)計(jì)，將會(huì)對(duì)建筑的耐火能力產(chǎn)生一定影響。五、鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)中性能設(shè)計(jì)方法應(yīng)用（一）鋼結(jié)構(gòu)建筑中的分區(qū)性能設(shè)計(jì)目前，由于鋼結(jié)構(gòu)建筑的數(shù)量不斷增加，基于性能化設(shè)計(jì)的思想已逐漸深入人心，并被大量應(yīng)用于建設(shè)中，以提升其耐火性[7]。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)建筑而言，每一層的耐火能力都會(huì)存在一定差異性。在鋼結(jié)構(gòu)建筑的中心位置，其火災(zāi)耐受力一般較強(qiáng)，故在實(shí)施工程項(xiàng)目時(shí)，應(yīng)該優(yōu)先選擇高性能、耐火能力佳的材料，注意隔離鋼結(jié)構(gòu)與高溫。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)建筑企業(yè)而言，需做好鋼結(jié)構(gòu)建筑的合理分區(qū)，確保火災(zāi)發(fā)生時(shí)，能夠?qū)ζ浠饎?shì)進(jìn)行有效控制，從而降低影響。根據(jù)國標(biāo)規(guī)定，住宅的鋼結(jié)構(gòu)建筑占地最大不得超過4000平方米[8]。但事實(shí)上，許多建筑企業(yè)在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)分區(qū)時(shí)，并未將其進(jìn)行規(guī)范，這勢(shì)必會(huì)對(duì)其防火性能產(chǎn)生一定不良影響。在進(jìn)行建筑抗火能力設(shè)計(jì)時(shí)，必須從建筑構(gòu)造、功能、人流等多個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮。由于受諸多因素的制約，在進(jìn)行工程項(xiàng)目規(guī)劃時(shí)，有必要進(jìn)行深入研究，以確保設(shè)計(jì)的合理性。（二）鋼結(jié)構(gòu)建筑中的排煙系統(tǒng)性能設(shè)計(jì)在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)施工時(shí)，需要考慮人群的流動(dòng)特征，提前進(jìn)行逃生路線規(guī)劃，同時(shí)還要配備一套完善的防火警示體系，確保在鋼結(jié)構(gòu)建筑物內(nèi)的人員能夠成功逃生，同時(shí)也給消防員爭(zhēng)取到足夠的滅火時(shí)間。在進(jìn)行建筑工程施工時(shí)，必須充分考慮到火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)周邊建筑的影響，從而降低火災(zāi)帶來的經(jīng)濟(jì)損失[9]。因此，在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)施工時(shí)，一定要采取防火隔離措施，以達(dá)到對(duì)火災(zāi)的有效控制。在鋼結(jié)構(gòu)建筑物中，存在著大量的基礎(chǔ)建設(shè)，在進(jìn)行施工時(shí)，必須充分考慮到基礎(chǔ)建設(shè)對(duì)人體造成的傷害，對(duì)建筑物內(nèi)易燃、易爆物質(zhì)的含量進(jìn)行適當(dāng)控制，對(duì)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行有效防護(hù)。在火災(zāi)過程中，濃煙會(huì)給人體帶來極大危害。因此，作為一名合格的鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)者，必須對(duì)建筑中的排煙系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)安排，確?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)，濃煙能夠及時(shí)排出，降低煙霧對(duì)建筑內(nèi)人員的傷害。在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)建筑排煙特性設(shè)計(jì)時(shí)，由于濃煙影響程度是由火災(zāi)燃燒時(shí)的煙氣產(chǎn)生量決定的，而煙氣產(chǎn)生量則可以經(jīng)消防PA機(jī)理計(jì)算得出。目前，國內(nèi)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑住宅進(jìn)行性能化設(shè)計(jì)時(shí)，要求必須在地下室內(nèi)安裝排煙機(jī)。同時(shí)，還應(yīng)設(shè)送煙裝置，且送煙裝置的供煙率應(yīng)大于55%。結(jié)語由于城市中的居民越來越多，鋼結(jié)構(gòu)建筑房屋也越來越多。一旦建筑出現(xiàn)了火災(zāi)，不僅會(huì)對(duì)人們的人身安全造成極大威脅，還會(huì)可能造成重大經(jīng)濟(jì)損失。因此，施工企