淺談鋼結(jié)構(gòu)防火保護

張志博 朱紅振（鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院，河南 鄭州 450001）

淺談鋼結(jié)構(gòu)防火保護

張志博 朱紅振
（鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院，河南 鄭州 450001）

隨著我國鋼結(jié)構(gòu)建筑物的不斷發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)防火問題顯得越來越突出和重要，為了滿足建筑物高度高和跨度大的要求，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來越普遍，可是鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展卻被鋼材耐火性能差這點所大大制約。本文主要介紹了鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限、防火措施和耐火機理等。

鋼結(jié)構(gòu)；防火保護

1 鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀及應(yīng)用分析

1.1 鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀

伴隨著經(jīng)濟的高速增長，建筑業(yè)也在蓬勃發(fā)展，大跨度，超高層的建筑越來越多。同時，鋼結(jié)構(gòu)在建筑中的運用也越來越多。伴隨著人們生活水平的不斷提高，對高層、大跨度結(jié)構(gòu)的要求也越來越高。而鋼結(jié)構(gòu)由于本身強度高、自重輕、施工快的獨特優(yōu)點,成為高層、大跨度建筑,尤其是超高層、超大跨度建筑的理想選擇對象。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點和缺陷

鋼材具有強度高、塑性好、抗震好、重量輕等優(yōu)點，這些優(yōu)點使得鋼結(jié)構(gòu)既有良好的承載力，又能滿足建筑設(shè)計中對造型不斷多樣化的要求。鋼材為非燃材料，但是它的耐火性能非常差，其導(dǎo)熱系數(shù)約為混凝土材料的40倍，例如彈性模量、屈服強度等力學(xué)性能則對溫度非常敏感。隨著溫度的不斷升高，鋼材的屈服強度，彈性模量，抗拉強度是呈不斷降低的趨勢，但這些達到150℃以下時變化不大，可是當(dāng)溫度超過300℃時，鋼材的抗拉強度、彈性模量、屈服強度開始出現(xiàn)顯著下降的現(xiàn)象，并且伸長率開始進一步明顯增大，此時鋼材產(chǎn)生徐變；當(dāng)溫度達到400℃以上時，鋼材的強度和彈性模量都加劇降低；到500℃左右，鋼材的強度將會下降到40%-50%，鋼材的屈服點、抗壓強度、彈性模量等力學(xué)性能都迅速下降，低于建筑結(jié)構(gòu)所要求的屈服強度。實際生活中火場溫度都在800℃-1000℃左右，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生5min后溫度已達到550℃以上。因此，如果沒有重視普通鋼材的防火保護，一旦發(fā)生火災(zāi)，這些建筑將很快倒塌，以至于危害到人們的生命和財產(chǎn)安全。[1]

1.3 鋼結(jié)構(gòu)保護的現(xiàn)狀

隨著越來越多的人防火意識的提高,如今鋼結(jié)構(gòu)越來越多都進行了防火方面的處理。但在有些地區(qū),情況仍不太樂觀。尤其是一些開發(fā)區(qū)和工業(yè)園內(nèi)的廠房，大多還是以鋼結(jié)構(gòu)為主,但是這些建筑很多沒有按照消防要求來對建筑物進行處理,一旦將來這些建筑發(fā)生火災(zāi),將很快造成結(jié)構(gòu)的破壞。

2 鋼結(jié)構(gòu)的防火原理

一般普通的鋼結(jié)構(gòu)，即未進行防火處理的鋼結(jié)構(gòu)耐火極限大約為15分鐘，防火保護的目的就是讓耐火極限達到設(shè)計規(guī)范的要求內(nèi)。火災(zāi)時產(chǎn)生的熱量傳到結(jié)構(gòu)，使鋼材表面受熱，由于鋼材導(dǎo)熱系數(shù)比較大，且鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件大多是薄壁截面，都有較小的板厚，因此鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)外溫度差不多。因此當(dāng)鋼材表面受到高溫時，會迅速引發(fā)到整個構(gòu)件，進而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力急劇下降乃至整個結(jié)構(gòu)破壞。因此防火保護的方式雖然有很多，但它的原理都是用耐火或者防火材料來抵抗溫度蔓延，降低熱量傳遞的熟讀，延緩結(jié)構(gòu)達到臨界溫度。

3 防火保護措施

3.1 水冷卻法

抵御火災(zāi)最有效的方法是往空心型鋼里注水。這種方法在發(fā)生火災(zāi)時能使鋼材溫度不至于太高,水在鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)循環(huán)熱量,吸收鋼材受熱產(chǎn)生的熱量。受熱的水冷卻后可以再循環(huán)利用,或重新引入新的冷水來代替。對于非空心型鋼的結(jié)構(gòu),可以將噴淋供水管網(wǎng)設(shè)在鋼結(jié)構(gòu)頂部,當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時,水管網(wǎng)自動(或手動)開始噴水,在構(gòu)件表面形成一層持續(xù)流動的水膜,從而達到應(yīng)有的保護作用。[2]

3.2 外包層法

即在鋼材表面包裹外包層以阻隔火焰。外包層可以用現(xiàn)澆的混凝土來當(dāng)作防火保護層，外包層可以采用混凝土、加氣混凝土等，這些材料既不會燃燒，又擁有較大的熱容量，可以減緩鋼構(gòu)件的升溫。 同時也可用砂漿當(dāng)做保護層，以提高整個構(gòu)件耐火極限。還可以采用輕質(zhì)的耐火材料，例如石膏板、珍珠巖板等包覆鋼構(gòu)件，并用螺栓或粘結(jié)劑等連接件固定在構(gòu)件上。

3.3 屏蔽法

將鋼結(jié)構(gòu)放置在由耐火材料組成的頂棚或墻體內(nèi),或?qū)?gòu)件放置在兩片墻之間的空隙里,這樣的話由于被耐火材料保護，發(fā)生火災(zāi)時鋼結(jié)構(gòu)的升溫大為延緩,有效提高了鋼結(jié)構(gòu)的耐火能力,這是防火方法中最為經(jīng)濟的一種,但同時要注意吊頂?shù)目锥础⒔涌p處應(yīng)密封,防止發(fā)生竄火現(xiàn)象。但目前看來許多大跨度建筑、輕鋼結(jié)構(gòu)廠房其鋼結(jié)構(gòu)材料直接在室內(nèi)裸露,所以不建議采用此種防火措施。

3.4 噴涂法

用專業(yè)噴涂機具將直接在鋼構(gòu)件表面噴涂防火材料，形成隔熱耐火保護層。涂層對鋼構(gòu)件起些屏蔽作用，使其不在火焰高溫中直接暴露；涂層在吸熱以后，同時能釋放出水蒸氣以及其他非燃氣體，從而起到消耗熱量、燃燒速度和降低火焰溫度、稀釋氧氣的作用；另一方面，由于涂層本身就多孔輕質(zhì)，所以其受熱后會形成碳化泡沫層，碳化泡沫層會阻止熱量向鋼材傳遞的速度，這些都延緩了鋼材強度的降低，從而提高了鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限，這便是噴涂法能發(fā)揮防火作用的原理。鋼結(jié)構(gòu)防火涂劑根據(jù)膠粘劑的不同可分為無機防火涂料和有機防火涂料這兩類,根據(jù)涂層厚度分為以有機材料為主的薄型、超薄型膨脹涂料，或者以無機材料為主的厚型非膨脹涂料。

4 結(jié)語

由于鋼結(jié)構(gòu)的重量比較輕, 工業(yè)化程度比較高，抗震性能比較好,是一種綠色環(huán)保的產(chǎn)品,其具有可持續(xù)發(fā)展空間。并且我國的鋼總量位居世界第一,為發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)建筑提供了充足的物質(zhì)基礎(chǔ),所以我國擁有廣闊的鋼結(jié)構(gòu)市場。在此基礎(chǔ)上，合理應(yīng)用防火材料對鋼結(jié)構(gòu)進行防火保護,是提高鋼結(jié)構(gòu)建筑耐火等級的有效措施。

[1]蔡建中，夏文麗,楊霞.關(guān)于建筑鋼結(jié)構(gòu)防火保護技術(shù)的幾點思考[J].上海涂料，2014，52（1）:42-43.

[2]劉磊.淺談鋼結(jié)構(gòu)防火保護措施[J].科技資訊，2009，（10）:113.

TU714

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1007-6344（2016）04-0254-01

張志博，河南省平輿縣，鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院土木工程系，本科在讀

朱紅振，河南省開封市杞縣，鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院土木工程系，本科在讀