論鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)

周錚

摘要：主要介紹了鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火設(shè)計(jì)方法，被動(dòng)耐火保護(hù)措施，以及主動(dòng)滅火措施的主動(dòng)保護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；防火涂料；自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)

前言

近年來(lái)，我國(guó)的高層、超高層建筑和大空間、大跨度的建筑越來(lái)越多，在這些建筑中也大多采用具有強(qiáng)度高、抗震性能好、結(jié)構(gòu)自重小、建筑施工周期短的鋼結(jié)構(gòu)。由于這些場(chǎng)所的人員、可燃物種類與數(shù)量等也日益集中，這使得對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火設(shè)計(jì)顯得尤為重要。下面將簡(jiǎn)要探討幾種防火設(shè)計(jì)方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用情況。

一、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的被動(dòng)耐火保護(hù)

不依靠抑制火災(zāi)的增長(zhǎng)或降低火災(zāi)的燒熱釋放率來(lái)保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件不受火災(zāi)嚴(yán)重影響的方法，即是鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的被動(dòng)耐火保護(hù)。它主要是通過(guò)采取一定的措施，來(lái)吸收構(gòu)件所接受的熱量，或?qū)⒔Y(jié)構(gòu)構(gòu)件與高溫?zé)煔夂突鹧娓綦x，使構(gòu)件在火災(zāi)作用下仍能發(fā)揮各項(xiàng)功能。具體可在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面包封或覆蓋燃的熱惰性材料，或在火災(zāi)時(shí)充入循環(huán)水冷卻保護(hù)。

1.澆筑混凝土或砌筑耐火磚

由于混凝土和耐火磚耐火性強(qiáng)，通過(guò)在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件周圍澆筑混凝土或砌筑耐火磚，能將鋼構(gòu)件與高溫?zé)煔夂突鹧娓綦x開(kāi)來(lái)，從而在一定程度上能避免鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件遭到火災(zāi)的損壞。這種方法在實(shí)際工程中用得比較多，比較適合于鋼柱的保護(hù)，但對(duì)于梁等其它構(gòu)件就不是很實(shí)用了，因?yàn)樵诹荷鲜┕け容^麻煩，而且會(huì)增加自重。這種保護(hù)方法也不適用于初期升溫很快的火災(zāi)，在高溫作用下易發(fā)生崩裂現(xiàn)象。

2.采用輕質(zhì)耐火材料包覆

在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面包覆蛭石板、珍珠巖板、石膏板、石棉水泥板、硅酸鈣板等輕質(zhì)耐火材料，也能很好的保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件免受火災(zāi)的損壞。其中珍珠巖板和石膏板的最高使用溫度為600℃，蛭石板的最高使用溫度為850℃，它們雖然容重小，但很難達(dá)到鋼結(jié)構(gòu)耐火保護(hù)的目的。纖維增強(qiáng)普通硅酸鈣板可達(dá)650℃～950℃，它作為建筑防火材料在日本高層建筑中使用較多。防火板包敷屏蔽保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有成本低、適用性強(qiáng)、施工方便和施工質(zhì)量易控制等優(yōu)點(diǎn)，在建筑鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)中有很好的應(yīng)用前景。此外，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料也是一種較好的耐火包敷材料，這類材料具有熱容高、燒透時(shí)間長(zhǎng)、隔熱性能良好等優(yōu)點(diǎn)。

3.噴涂鋼結(jié)構(gòu)防火涂料

在鋼結(jié)構(gòu)表面涂裝防火涂料，以增大其絕熱性能和推遲結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的時(shí)間，這是一種比較傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)防火方法。在受到高溫或火焰作用時(shí)，鋼材表面厚厚的防火涂料層能起到屏蔽作用，避免構(gòu)件直接暴露在火中。尤其是膨脹型涂料暴露在高溫下時(shí)，體積可膨脹體達(dá)到50～200倍，如此厚的保護(hù)層能有效阻止熱量傳導(dǎo)到鋼材上。有的防火涂料吸熱分解放出水蒸氣或二氧化碳，也能在一定程度上降低火焰溫度和燃燒速度具。但其主要作用在于涂料本身是多孔材料，受熱膨脹后能形成炭化泡膜絕熱層，其熱導(dǎo)率比鋼材和混凝土的低很多，從而起到隔熱保護(hù)作用。

采用防火涂料保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)的方法具有自重輕、施工方便等優(yōu)點(diǎn)，但耐火極限受涂料質(zhì)量、施工工藝與質(zhì)量以及環(huán)境的溫度和濕度等因素的影響很大。另外，在施工過(guò)程中還存在涂料選型不當(dāng)、以次充好、涂層厚度達(dá)不到要求等問(wèn)題，這些都給鋼結(jié)構(gòu)耐火保護(hù)帶來(lái)了隱患。所以采用防火涂料噴涂保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)的方法一定要充分考慮以上因素。

4.在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部充水保護(hù)法

在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，通過(guò)向鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部充入循環(huán)水來(lái)吸走其熱量，從而達(dá)到保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)的目的。但這種方法會(huì)在火災(zāi)時(shí)增加結(jié)構(gòu)自重，且需要足夠的水源與供水系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部也需作耐水腐蝕處理，成本太高，因而國(guó)內(nèi)外應(yīng)用并不多。

二、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的主動(dòng)防火保護(hù)

對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用排煙、自動(dòng)滅火系統(tǒng)等主動(dòng)消防措施，來(lái)排除室內(nèi)熱量、抑制火災(zāi)增長(zhǎng)和滅火，從根本上消除火災(zāi)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞，與被動(dòng)耐火保護(hù)相比，主動(dòng)防火保護(hù)是一種更積極的保護(hù)方式。大量實(shí)踐證明，只要在火災(zāi)過(guò)程中根據(jù)室內(nèi)火災(zāi)的發(fā)展規(guī)律，及時(shí)采取措施來(lái)排除室內(nèi)的熱量，降低其燃燒熱釋放率，就能有效防止火災(zāi)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件和這個(gè)建筑的破壞。例如在建筑物內(nèi)設(shè)置自動(dòng)滅火設(shè)施，能有效地?fù)錅绯跗鸹馂?zāi)，避免火災(zāi)的蔓延擴(kuò)大，使建筑結(jié)構(gòu)得到保護(hù)，同時(shí)也為人員疏散提供了時(shí)間。

自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)是目前最有效的自救滅火設(shè)施之一，適用于撲救大部分建筑物內(nèi)的初起火。自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的自動(dòng)噴水的溫度可據(jù)設(shè)置場(chǎng)所的環(huán)境條件而定，其范圍從57℃到343℃不等，在一般的工業(yè)與民用建筑中常采用68℃。美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究院曾做過(guò)試驗(yàn)研究，證實(shí)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)噴灑數(shù)分鐘后，火災(zāi)的燃燒熱釋放速率下降50%，空間內(nèi)煙氣的溫度降低到100℃，這就不會(huì)發(fā)生轟燃現(xiàn)象。這樣即使沒(méi)有撲滅火災(zāi)，也會(huì)使其以較穩(wěn)定的熱釋放速度率進(jìn)行燃燒，鋼結(jié)構(gòu)也不會(huì)被破壞了。自動(dòng)滅火設(shè)施應(yīng)根據(jù)場(chǎng)所內(nèi)的可燃物性質(zhì)和建筑的性質(zhì)與功能來(lái)進(jìn)行選擇，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)和倉(cāng)庫(kù)中的可燃?xì)怏w和可燃液體火就不宜采用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，可用泡沫、干粉等滅火設(shè)施進(jìn)行防護(hù)。在建筑物內(nèi)設(shè)置好滅火設(shè)施后，還應(yīng)注意日常維護(hù)管理，確保這些設(shè)施在發(fā)生火災(zāi)時(shí)能完好的工作。

三、結(jié)束語(yǔ)

隨著人們對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑防火要求的不斷提高，如何進(jìn)一步完善和充實(shí)現(xiàn)有建筑防火規(guī)范、合理確定建筑的火災(zāi)安全度、改進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)的耐火設(shè)計(jì)方法、科學(xué)經(jīng)濟(jì)地保障建筑的火災(zāi)安全就成為每一個(gè)建筑防火科研人員和建筑設(shè)計(jì)人員必須正視和解決的課題。

參考文獻(xiàn)：

[1]施樑.鋼結(jié)構(gòu)建筑的消防安全性能化設(shè)計(jì)--系統(tǒng)方法探討[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào)