鋼結(jié)構(gòu)防火

摘 要：鋼結(jié)構(gòu)因其優(yōu)越的結(jié)構(gòu)性能，如輕質(zhì)、高強(qiáng)、施工便利等，而受到廣泛的關(guān)注，而防火問題一直是阻礙其得到充分利用的原因之一。本文通過自己在學(xué)習(xí)工作中的收獲，并結(jié)合一些工程實際介紹幾種常見的鋼結(jié)構(gòu)防火方法和鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)設(shè)計方法。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；抗火設(shè)計；防火涂料

中圖分類號：TU545 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-3362（2013）08-033-01

引言

近年來，我國建筑工程領(lǐng)域中混凝土和砌體結(jié)構(gòu)一統(tǒng)天下的局面正在發(fā)生變化，鋼結(jié)構(gòu)由于其具有強(qiáng)度高、自重輕、施工速度快等一系列的優(yōu)點，鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)常作為首選結(jié)構(gòu)形式被大量地運用于廠房、機(jī)場、體育館等大中型建筑，與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等其他結(jié)構(gòu)形式相比，鋼結(jié)構(gòu)有一個致命的缺點是抗火性能差。隨著鋼結(jié)構(gòu)建筑的廣泛應(yīng)用，鋼結(jié)構(gòu)的防火問題越來越受到科研人員及設(shè)計工作者的重視。

鋼結(jié)構(gòu)防火意義重大。采取防火保護(hù)措施的鋼結(jié)構(gòu)，可以延長火災(zāi)情況下鋼結(jié)構(gòu)達(dá)到臨界溫度的時間，減輕鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中的破壞，避免鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中局部或者整體倒塌造成滅火和人員疏散的困難以及人員傷亡；可以減少火災(zāi)后鋼結(jié)構(gòu)的修復(fù)費用，縮短災(zāi)后結(jié)構(gòu)功能恢復(fù)周期，減少間接經(jīng)濟(jì)損失。

1 鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點

鋼結(jié)構(gòu)與其他結(jié)構(gòu)形式相比，在使用、設(shè)計、施工、造價方面都有極大優(yōu)勢，而且可以隨時移動。

工業(yè)化程度高，可以進(jìn)行大批量生產(chǎn)，將設(shè)計、生產(chǎn)、施工一體化，全面提高建設(shè)產(chǎn)業(yè)的水平；節(jié)能效果好，節(jié)能50%，保溫性能好，抗震度好；延性好、塑性變形能力強(qiáng)，能夠避免建筑物的倒塌性破壞；鋼結(jié)構(gòu)安裝施工簡便。鋼結(jié)構(gòu)由專業(yè)化金屬構(gòu)件廠生產(chǎn)構(gòu)件，在工地上用電焊或螺栓（或高強(qiáng)螺栓）連接起來，施工速度快；環(huán)保效果好 ，在建筑物拆除時，大部分材料可以循環(huán)使用或降解，不會對環(huán)境造成污染；自重輕，可以大大減少基礎(chǔ)造價；鋼結(jié)構(gòu)在平面布局上的靈活性，則是另一重要特點。

2 火災(zāi)對鋼結(jié)構(gòu)的危害

對于一般鋼材來說，溫度在200℃以內(nèi)強(qiáng)度基本不變，溫度在250℃左右產(chǎn)生藍(lán)脆現(xiàn)象，超過300℃以后屈服點及抗拉強(qiáng)度開始顯著下降，達(dá)到600℃時強(qiáng)度基本消失。另外，鋼材長期處于150～200℃時將出現(xiàn)低溫回火現(xiàn)象，加劇其時效硬化，若和塑性變形同時作用，將更加快時效硬化速度。2001年美國911事件中被恐怖分子襲擊的紐約世界貿(mào)易中心雙塔正是由于局部火災(zāi)導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)逐漸喪失承載能力，從而使雙子塔的結(jié)構(gòu)完全失效，乃致最后的坍塌。

3 結(jié)構(gòu)耐火極限

根據(jù)我國有關(guān)基本建設(shè)的方針和“預(yù)防為主、防消結(jié)合”的消防工作方針，建筑防火問題是建筑工程師時在設(shè)計時需要考慮的重中之重，然而工程中的結(jié)構(gòu)防火問題卻經(jīng)常被結(jié)構(gòu)工程師所忽視。建筑的耐火等級、最多允許層數(shù)和防火分區(qū)最大允許建筑面積、防火間距、安全疏散等作為建筑防火設(shè)計問題，其目的是當(dāng)火災(zāi)發(fā)生后，最大程度的阻止、延緩建筑物的坍塌時間，避免造成人員和財產(chǎn)的巨大損失，給滅火和救援贏得時間。然而，靠結(jié)構(gòu)支承的防火墻，如果火災(zāi)中承重結(jié)構(gòu)遭到破壞，防火墻也很難發(fā)揮其防火分隔的作用。此外，建筑物構(gòu)件如果在火災(zāi)中遭遇破壞，對于人員的疏散撤離以及消防隊員進(jìn)入建筑物內(nèi)撲滅大火會造成嚴(yán)重影響。因此我國《高層民用建筑防火設(shè)計規(guī)范》GB 50045-95（2005年版）以及《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50016-2006以及其他相關(guān)規(guī)范都有對建筑物構(gòu)件的燃燒性能和耐火極限的相關(guān)規(guī)定。

4 鋼結(jié)構(gòu)的防火保護(hù)

鋼結(jié)構(gòu)的防火應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50016和《高層民用建筑防火設(shè)計規(guī)范》GB50045的要求，結(jié)構(gòu)構(gòu)建的防火保護(hù)層應(yīng)根據(jù)建筑物的防火等級對各不同的構(gòu)件所要求的耐火極限進(jìn)行設(shè)計。防火涂料的性能、涂層厚度及質(zhì)量要求應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料》CECS 24的規(guī)定。

4.1 鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)的主要方法

包封法、屏蔽法（鋼結(jié)構(gòu)屋蓋系統(tǒng)常用這種保護(hù)方法）、水冷卻法 、噴涂法（這是目前常用的方法）。

4.2 鋼結(jié)構(gòu)防火涂料設(shè)計

防火涂料是鋼結(jié)構(gòu)防火中最常用的方法。這是一種功能性涂料，除了具備一般涂料的裝飾、保護(hù)性能外，還具有一項特殊功能：防火。鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的防火工作原理主要有3個：最外側(cè)涂層對鋼基材的屏蔽作用；涂層吸熱后使得部分水蒸汽或其他不燃?xì)怏w從中釋放出來，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)以及受熱后形成碳化泡沫層，阻止熱量的傳遞，推遲鋼材強(qiáng)度的降低，從而延長建筑構(gòu)件的耐火極限。

5 結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)的防火直接影響著結(jié)構(gòu)的安全。鋼結(jié)構(gòu)建筑防火是目前建筑結(jié)構(gòu)中防火要求最高的，在設(shè)計與施工中，雖然鋼結(jié)構(gòu)的防火方法較多，但是依然存在大量問題。因此，必須進(jìn)一步深入研究鋼結(jié)構(gòu)防火，提高鋼結(jié)構(gòu)耐火極限，減少經(jīng)濟(jì)損失，保證人民群眾安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會.GB 50017-2003 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[2] 中華人民共和國公安部.GB 50016-2006 建筑設(shè)計防火規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2006.

[3] 中華人民共和國公安部.GB 50045-95 高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2005.

[4] 公安部四川消防科學(xué)研究所.GB 14907-94 鋼結(jié)構(gòu)防火涂料通用技術(shù)條件[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1994.

[5] 公安部四川消防科學(xué)研究所.CECS 241 鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S]. 北京：中國計劃出版社，2005.

作者簡介：孫曉輝（1986-），女，大學(xué)本科，助理工程師。