鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)危害性防治

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1、鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)危害性防治倪愛(ài)然，杜永山，卜國(guó)峰（河北大地土木工程有限公司石家莊）摘要本文概述了鋼結(jié)構(gòu)防火的意義和火災(zāi)下鋼結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理，總結(jié)了鋼結(jié)構(gòu)的被動(dòng)防火保護(hù)方法，并對(duì)鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)方法選擇原則進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞鋼結(jié)構(gòu)防火；破壞機(jī)理；主動(dòng)保護(hù)法；被動(dòng)保護(hù)法1前言鋼的耐火性能較差，受熱后各方面性能下降很快，如鋼材在20℃時(shí)強(qiáng)度為450MPa，在500℃時(shí)為280MPa，幾乎下降到原來(lái)的50%，而到600℃時(shí)，鋼材強(qiáng)度就只有70MPa，幾乎失去承載能力。所以，鋼材受熱后，將由于強(qiáng)度下降和熱應(yīng)力作用很快出現(xiàn)塑性變形。在火燒15min左右，構(gòu)件會(huì)出現(xiàn)局部的破壞，直至結(jié)構(gòu)整

2、體失去穩(wěn)定而破壞，而且破壞后的鋼結(jié)構(gòu)很難修復(fù)。鋼結(jié)構(gòu)直接應(yīng)用到建筑中，達(dá)不到國(guó)家規(guī)范要求的建筑構(gòu)件耐火等級(jí)，必然會(huì)留下火災(zāi)隱患。所以，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)做防火處理是非常必要的。2鋼結(jié)構(gòu)防火的意義在火災(zāi)情況下延長(zhǎng)鋼結(jié)構(gòu)達(dá)到臨界溫度的時(shí)間，在結(jié)構(gòu)局部倒塌和整體破壞前，提供必須的人員疏散及滅火時(shí)間，以減少人員傷亡；另一方面在火災(zāi)相對(duì)不嚴(yán)重的情況下，防火功能的發(fā)揮可以減少鋼結(jié)構(gòu)的修復(fù)費(fèi)用，縮短結(jié)構(gòu)功能恢復(fù)周期。3火災(zāi)下建筑鋼結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理從著名的英國(guó)鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出以下幾點(diǎn)：鋼材的彈性模量降低，構(gòu)件剛度下降；隨著溫度的升高材料強(qiáng)度降低，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載能力下降；鋼構(gòu)件內(nèi)部不均勻升溫

3、，使構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生不均勻的熱膨脹，從而使構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生附加應(yīng)力，同時(shí)構(gòu)件的不均勻膨脹將在整個(gè)結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生很大的附加應(yīng)力。在這三個(gè)方面的共同作用下，構(gòu)件變形增大、屈曲、破壞，甚至局部或整體倒塌。4鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)方法鋼結(jié)構(gòu)的防火保護(hù)措施可以分為主動(dòng)防火和被動(dòng)防火兩大類(lèi)，如圖1所示。圖1建筑鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)分類(lèi)主動(dòng)防火是指采用直接的措施來(lái)限制火災(zāi)發(fā)生和發(fā)展的技術(shù)，如建筑物的煙氣控制技術(shù)、防火安全設(shè)計(jì)技術(shù)、火災(zāi)探測(cè)報(bào)警技術(shù)、噴水滅火或其他滅火技術(shù)等。被動(dòng)防火主要指采用間接的措施延緩鋼構(gòu)件到達(dá)臨界溫度的時(shí)間，如提高建筑構(gòu)件耐火性能、鋼結(jié)構(gòu)防火涂料保護(hù)法、防火板保護(hù)法、混凝土防火保護(hù)

4、法、內(nèi)部通水冷卻法、設(shè)置卷材保護(hù)法等，它們通過(guò)阻斷熱流或減小熱流傳播速度來(lái)為鋼結(jié)構(gòu)提供了足夠的耐火時(shí)間，由于被動(dòng)防火施工方便從而受到人們的普遍歡迎，而以前三種方法應(yīng)用較多。有的技術(shù)同時(shí)具有主動(dòng)防火和被動(dòng)防火，如針對(duì)建筑物的火災(zāi)防治做出總體規(guī)劃，應(yīng)用各類(lèi)消防技術(shù)，但主要體現(xiàn)在主動(dòng)防火。目前，我國(guó)在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮施工因素，所以主要考慮的是被動(dòng)防火，主動(dòng)防火考慮的相對(duì)較少，即在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)中被動(dòng)防火與主動(dòng)防火是分開(kāi)的，這樣大大增加了防火成本，而且將聯(lián)系緊密的事物人為地分離了。鋼結(jié)構(gòu)被動(dòng)防火從熱量傳輸原理歸納起來(lái)主要有兩大類(lèi)：截流法和疏導(dǎo)法。4.1截流

5、法截流法是依靠鋼結(jié)構(gòu)表面的防火材料阻止火災(zāi)產(chǎn)生的熱流量向構(gòu)件傳輸，以滿(mǎn)足構(gòu)件的耐火等級(jí)。具體做法是構(gòu)件表面噴涂或構(gòu)件外邊緣設(shè)置一層絕熱性能較好的保護(hù)材料，該材料導(dǎo)熱系數(shù)較小，熱容又較大，具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和抗沖擊能力，能與鋼構(gòu)件可靠連接并且不腐蝕鋼材、不含危害人體健康的石棉等物質(zhì)。截流法又分為噴涂法、包封法、屏蔽法、水噴淋法等。4.1.1噴涂法噴涂法是用噴涂機(jī)具將防火涂料直接噴在構(gòu)件表面，形成保護(hù)層。噴涂法適用范圍最為廣泛，可用于任何一種鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的防火保護(hù)。4.1.2包封法包封法是在鋼結(jié)構(gòu)表面附著耐火保護(hù)層，如現(xiàn)澆混凝土、砂漿、灰膠泥和礦物纖維等，將構(gòu)件包封起應(yīng)

6、與鋼構(gòu)件有較好的粘結(jié)性能，并具有很好的耐火性能，在火災(zāi)情況下阻斷熱流的傳導(dǎo)，達(dá)到延長(zhǎng)鋼構(gòu)件被破壞的時(shí)間。作為鋼結(jié)構(gòu)直接包敷保護(hù)法的一種，防火板保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)早已在建筑工程中應(yīng)用，早期使用的防火保護(hù)板材主要有蛭石混凝土板、珍珠巖板、石棉水泥板和石膏板，還有采用預(yù)制混凝土定型套管。板材通過(guò)水泥砂漿灌漿、抹灰與鋼構(gòu)件固定，或以合成樹(shù)脂黏結(jié)，也可采用釘子或螺絲固定。這些傳統(tǒng)的防火板雖能在一定程度上提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火性，但存在著明顯的不足。因此，人們只好把重點(diǎn)投向防火涂料，板材保護(hù)法因而發(fā)展緩慢。4.1.3屏蔽法屏蔽法是在鋼結(jié)構(gòu)四周設(shè)置耐火材料，以達(dá)到火災(zāi)時(shí)延緩鋼構(gòu)件升溫的速度，

7、從而依靠構(gòu)件四周的耐火材料間接性地提高鋼結(jié)構(gòu)的抗火能力。該方法可以對(duì)室內(nèi)環(huán)境起到裝飾作用，但須注意構(gòu)件四周耐火材料的嚴(yán)密性。4.1.4水噴淋法水噴淋法是在結(jié)構(gòu)頂部或四周布設(shè)噴淋管網(wǎng)。管網(wǎng)會(huì)在火災(zāi)時(shí)啟動(dòng)噴水，減少火勢(shì)的蔓延以起到防火保護(hù)的作用。4.2疏導(dǎo)法疏導(dǎo)法允許熱流量傳到鋼構(gòu)件上，然后設(shè)法把熱量導(dǎo)走或消耗掉，從而使構(gòu)件溫度在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)不會(huì)達(dá)到臨界溫度，以起保護(hù)作用。疏導(dǎo)法目前僅有水冷卻保護(hù)法。位于美國(guó)匹茲堡的美國(guó)鋼鐵公司大廈采用此方法進(jìn)行鋼柱防火。該方法是在空心封閉的鋼構(gòu)件中充滿(mǎn)水連成管網(wǎng)，火災(zāi)時(shí)構(gòu)件將吸收的熱量傳給水，依靠水的蒸發(fā)消耗熱量或通過(guò)循環(huán)把熱量帶走

8、，將構(gòu)件的