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淺析鋼結構的防火

作者：鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-23 10:01:51 [收藏]


    ［摘要］ 隨著(zhù)大型鋼結構建筑的日益增多，鋼結構的防火保護越來(lái)越受到人們的關(guān)注。本文介紹了鋼結構的特點(diǎn)、防火性能以及防火處理方法。
    ［關(guān)鍵詞］ 鋼結構 防火方法
    建筑自人類(lèi)產(chǎn)生以來(lái)都是人們生活的重要組成部分，但在很長(cháng)時(shí)間里運用的都是石材，木材等。隨著(zhù)科技的發(fā)展新型材料的運用越來(lái)越廣泛，其中鋼材是其中普遍采用的一種。而以鋼結構為主體的建筑是現代空間結構發(fā)展的主流，近年來(lái)，鋼結構更加廣泛應用于公共建筑中，我國目前不僅能生產(chǎn)各種類(lèi)型的建筑鋼材，同時(shí)鋼材生產(chǎn)的新技術(shù)、新工藝、新產(chǎn)品日益也增多，如彩鋼壓型板、彩鋼復合板、彩鋼扣板、拱形廠(chǎng)房及彩鋼制品等的生產(chǎn)，使建筑結構充滿(mǎn)現代化時(shí)代氣息，實(shí)際證明鋼結構建筑在我國更具有廣闊的發(fā)展前景。2001年9月11日，位于美國紐約市中心的世貿大廈遭到恐怖分子的襲擊，在先后遭受兩架民航客機的撞擊后，僅過(guò)了20多分鐘，這幢摩天大樓便轟然倒塌，造成了數千人的重大傷亡。世貿大廈是美國經(jīng)濟繁榮的象征，如此龐大的建筑為何這般不堪一擊，建筑專(zhuān)家們眾說(shuō)紛紜，但有一條是肯定的，那就是和這幢建筑的全鋼結構構造有很大的關(guān)系。首先是鋼構件遭到劇烈撞擊，造成防火保護層松脫，緊接著(zhù)大量泄漏的航空燃料在建筑內部猛烈燃燒造成樓內溫度急劇上升，在高溫作用下，無(wú)保護層的鋼構件很快失去強度和承載能力，最終上演世貿大廈在瞬間化為烏有的人間慘劇。 一方面鋼結構具有強度高、受荷能力強、自重輕、占空體積小、構件制造與安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，但是鋼材就其自身耐火性能來(lái)講，遠低于磚石和鋼混結構；另一方面，越來(lái)越多的大型建筑如展覽館、候機樓、大型商場(chǎng)和高級賓館及工業(yè)廠(chǎng)房等不斷增多，采用鋼結構的建筑也隨之不斷增加。鋼結構的防火問(wèn)題不容回避。
    一、現代鋼結構的建筑特點(diǎn)
    （一）預工程化程度高，建設成本降低，工期縮短
    鋼結構建筑模數協(xié)調統一標準實(shí)現了建筑工業(yè)化大規模生產(chǎn)，提高了建筑預工程化，使不同材料、不同形狀和不同制造方法的建筑構配件具有一定的通用性和互換性。同時(shí)鋼結構建筑的預工程化使材料加工和安裝一體化，大大降低了建設成本；并且加快了施工速度，使工期能夠縮短40％以上，從而加快了房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商的資金周轉速度，使建筑能更早投入使用。
    （二）建筑與結構的設計與功能一體化,使建筑更富有功能化
    在鋼結構建筑中，結構成為形象構成的重要因素，結構的形體，構件，節點(diǎn)從很大程度上導致并制約著(zhù)建筑的形象。建筑與結構的設計與功能只有做到一體化，才能使建筑更富有功能化以便隨后的各個(gè)設計環(huán)節進(jìn)行下去，創(chuàng )造出技術(shù)與藝術(shù)融為一體的鋼結構建筑。
    （三）鋼結構建筑能夠滿(mǎn)足超高度和超跨度的要求
    鋼材組織均勻，接近于各向同性勻質(zhì)體，強度高，彈性模量亦高。其密度與強度的比值遠小于磚石，混凝土，木材，在同樣受力情況下鋼結構自重小，從而可以做成跨度較大和高度較高的結構以及靈活的結構形體?，F在人類(lèi)已具有建造跨度超過(guò)1000米的超大穹頂與高度超過(guò)1000米最高至4000米的超高層建筑的能力。并且鋼索與膜結構相結合形成索膜結構體系更能滿(mǎn)足建筑對跨度的要求，使這類(lèi)型建筑成為標志性建筑，
    （四）原材料可以循環(huán)使用，有助于環(huán)保和可持續發(fā)展
    發(fā)展鋼結構對于資源，能源都非常短缺的我國意義尤為重大，因為中國是世界上最大的磚砌體建筑與混凝土建筑大國。鋼材是一種高強度高效能的材料，具有很高的再循環(huán)價(jià)值，邊角料也有價(jià)值，不需要制模施工。目前國際上引人矚目的新型住宅產(chǎn)品已引入我國，其環(huán)保節能的特點(diǎn)主要體現在兩個(gè)方面（1）該類(lèi)型住宅采用全封閉式保溫隔熱防潮系統，溫度變化小，熱損失低。不論冬夏，都具有舒適當居住環(huán)境。室外0攝氏度時(shí)，室內仍可以保持17攝氏度以上；在室外溫度達到30攝氏度的情況下，室內溫度僅為21攝氏度左右。（2）與磚混結構住宅相比，可節能60％以上，冬夏季空調設備可節約耗電30％以上，結構的廢舊利用為100％，與磚混結構比較，同樣樓層凈高條件下，鋼結構維護墻體面積小，節約空調所需能源，減小維護費用。
    二、鋼結構建筑的火災危險性
    （一）耐火性能差
    鋼材本身不燃燒，卻不耐高溫，其機械性能如屈服點(diǎn)、彈性模量、抗壓強度、荷載能力等均會(huì )應溫度的升高而急劇下降，當鋼構件溫度達到350、500、600攝氏度時(shí)，強度分別下降1/3、1/2、2/3。據理論計算，全負荷鋼構失去靜態(tài)平衡穩定性的臨界溫度為540攝氏度。而且鋼構件由單一材料組成，導熱系數大（是混凝土的40倍），在高溫作用下，熱量會(huì )迅速傳導至內部，溫升快，科學(xué)實(shí)驗和火災實(shí)例均表明，裸露鋼構的耐火時(shí)間僅15分鐘，不如普通木柱的耐火時(shí)間。
    （二）跨度大、空間大，火災蔓延迅速
    跨度大、空間大是鋼結構建筑的顯著(zhù)特點(diǎn)，而且大部分鋼結構建筑無(wú)明顯有效的防火分隔，門(mén)窗多，內部空氣流通好，可燃物料多，一旦發(fā)生火災，熱輻射強，煙霧濃，燃燒猛烈，在強大熱氣流的作用下，火勢迅速向垂直、水平方向蔓延，形成大面積火災。
    （三）整體連接性強，易變形倒塌。
    鋼結構作為承重構件，在火災狀態(tài)下，遇高溫受熱膨脹，強度降低，再遇冷水急劇收縮，脆性增強，極易失去支撐作用。由于鋼結構整體連接性強，只要局部遭到破壞，就能形成建筑物的整體坍塌和毀滅。
    三、鋼結構的防火保護方式
    鋼結構的防火保護通常有以下幾種方式：
    1、鋼結構防火涂料
    鋼結構防火涂料是施涂于建筑物及構筑物的鋼結構表面，能形成耐火隔熱保護層，以提高鋼結構耐火極限的涂料，分為厚型、薄型、超薄型等幾種。厚型涂料呈顆粒狀，涂層厚度通常在8毫米以上，施工方法為噴涂，高溫時(shí)依靠涂料本身的厚度及較低的導熱率起到對鋼構件的隔熱作用。薄型和超薄型涂料涂層較薄，有一定裝飾效果，施工方法可噴可刷，高溫時(shí)涂層膨脹增厚保護鋼構件。具有重量輕、施工較簡(jiǎn)便，適用于隱蔽結構和裸露的鋼梁、斜撐等鋼構件。
    2、澆筑混凝土砌筑磚塊法
    用現澆混凝土作外包層時(shí)，可以在鋼結構上現澆成型，也可采用噴涂法（噴射工藝）?，F澆的實(shí)體混凝土外包層通?？捎娩摻z網(wǎng)或鋼筋來(lái)加強，以限制收縮裂縫并保證外殼的強度。也可以在施工現場(chǎng)將鋼結構表面涂沫砂漿以形成保護層。砂漿可以是石灰、水泥或石膏砂漿，也可摻入珍珠巖或石棉。 外包層也可以用珍珠巖、石棉、石膏或石棉水泥和輕混凝土做成的預制板，采用膠粘劑和釘子或螺栓固定在鋼結構上。這種方法保護層強度高、耐沖擊，占用空間較大，適用于容易碰撞、無(wú)保護面板的鋼柱防火保護。
    3、充水法
    在空心鋼構件內充水是抵御火災最有效的方法，能使鋼結構在火災時(shí)保持較低的溫度。水在結構構件內循環(huán)，受熱的水可經(jīng)冷卻再循環(huán)，或由水管引入涼水來(lái)取代加熱過(guò)的水。這種方法在國外被廣泛地使用在鋼柱的防護中。這種方法造價(jià)低，對空心鋼構件的防滲漏、防腐蝕要求高，只適用于空心鋼構件的保護。
    4、輕質(zhì)防火厚板包覆法
    采用無(wú)機防火板材對大型鋼構件進(jìn)行箱式包裹，如石膏板、蛭石板、無(wú)石棉硅酸鈣隔熱 板等，包板的厚度根據耐火極限的要求而定。這種方法具有施工方便、裝修面平整光滑、成本低、損耗小、無(wú)環(huán)境污染、施工周期短、耐老化等優(yōu)點(diǎn)，推廣前景好，是鋼結構防火保護 新的發(fā)展方向。
    5、復合保護法
    緊貼鋼板用防火涂料或柔性氈狀隔熱材料，外用防火薄板作罩面板。這種方法適用于表面有裝飾要求，一般用于需要粘貼柔性氈狀隔熱材料或涂敷厚質(zhì)防火涂料的鋼柱。
    參考文獻
    ［1］ 蔣永琨主編，《中國消防工程手冊》 建筑工業(yè)出版社
    ［2］《鋼結構工程施工與驗收規范》 中華人民共和國建設部
    ［3］《建筑鋼結構防火設計規程》 上海市建設和管理委員會(huì )
    中國消防在線(xiàn)
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