高等鋼結(jié)構(gòu)-抗火設(shè)計(jì)作業(yè)

鋼結(jié)構(gòu)防火措施及其優(yōu)缺點(diǎn)《高等鋼結(jié)構(gòu)原理》鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)小論文系（所）：建筑工程系學(xué)號(hào)：1432055姓名：焦聯(lián)洪培養(yǎng)層次：專業(yè)碩士2014年1月6日鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)措施及其優(yōu)缺點(diǎn)摘要：本文論述了火災(zāi)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的危害和鋼結(jié)構(gòu)杭火設(shè)計(jì)的目的與意義，介紹了4種鋼結(jié)構(gòu)抗火保護(hù)措施，并分析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)。選用目前在鋼結(jié)構(gòu)防火工程中運(yùn)用較多的防火涂料進(jìn)行論述，介紹了防火涂料的類型、選用原則、施工中的一般規(guī)定以及目前存在的一些問題。關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；抗火設(shè)計(jì)保護(hù)措施；防火涂料；優(yōu)缺點(diǎn)鋼結(jié)構(gòu)因其強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、延伸性好、抗震性強(qiáng)和施工周期短等優(yōu)點(diǎn)在建筑業(yè)一直是主流的結(jié)構(gòu)形式之一。在高層、大跨度建筑結(jié)構(gòu)中鋼結(jié)構(gòu)是非常理想的選擇。當(dāng)前，世界上最高、最大的建筑一般均采用鋼結(jié)構(gòu)，如北京2008年奧運(yùn)會(huì)主體育場(chǎng)、美國(guó)的世貿(mào)中心雙子塔大樓、上海金茂大廈等。但是建筑上的火災(zāi)隱患一直是困擾鋼結(jié)構(gòu)的難題。鋼材的的耐火性能差，鋼材的機(jī)械強(qiáng)度會(huì)隨溫度的升高而降低，其力學(xué)性能也會(huì)隨之迅速下降，使其很快失去支撐能力，導(dǎo)致建筑物垮塌，當(dāng)溫度為時(shí)，鋼材屈服強(qiáng)度降至室溫下強(qiáng)度的一半，溫度達(dá)到時(shí)，鋼材基本喪失強(qiáng)度和剛度。所以，當(dāng)建筑鋼結(jié)構(gòu)無防火保護(hù)時(shí)，一旦發(fā)生火災(zāi)，結(jié)構(gòu)很容易遭到破壞，因此對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防火保護(hù)研究具有重要的意義。1鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的目標(biāo)、意義和選用原則鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的目標(biāo)是使結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實(shí)際耐火時(shí)間大于或等于規(guī)定的耐火極限。以便延長(zhǎng)被困人員的逃生時(shí)間，為消防人員的撲救工作贏得寶貴的時(shí)間，減少財(cái)產(chǎn)的損失。通過合理的抗火設(shè)計(jì)，減輕結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中的破壞,避免結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中局部倒塌造成滅火及人員疏散困難；避免結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中整體倒塌造成人員傷亡；減少火災(zāi)后結(jié)構(gòu)的修復(fù)費(fèi)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.選用鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)措施應(yīng)遵循安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用原則，并考慮的條件包括：①在要求的耐火極限內(nèi)能有效地保護(hù)鋼構(gòu)件；②防火材料應(yīng)易于與鋼構(gòu)件結(jié)合，并對(duì)鋼構(gòu)件不產(chǎn)生有害影響；③當(dāng)鋼構(gòu)件受火產(chǎn)生允許變形時(shí)，防火保護(hù)材料不應(yīng)發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞，仍能保持原有的保護(hù)作用直至規(guī)定的耐火時(shí)間；④施工方便，易于保證施工質(zhì)量；⑤防火保護(hù)材料不應(yīng)對(duì)人體有毒害。2鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)措施及其優(yōu)缺點(diǎn)鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)方法有：充水冷卻法、砌筑耐火磚、澆鑄混凝土、涂敷防火涂料、包敷防火板，所有抗火措施的基理都為降低熱量的傳遞速度或者帶走熱量，進(jìn)而可以推遲鋼結(jié)構(gòu)的建筑溫升和強(qiáng)度變?nèi)醯臅r(shí)間。2.1充水冷卻法鋼結(jié)構(gòu)的充水冷卻，就是往空心的封閉柱中充滿水，當(dāng)出現(xiàn)火災(zāi)的時(shí)侯，構(gòu)件就會(huì)將從火中吸收來的熱量傳給柱中的水，再通過水的蒸發(fā)來消耗熱量或者通過循環(huán)將熱量導(dǎo)走，這樣的構(gòu)件溫度是可以保持到100℃左右。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，鋼柱內(nèi)的水被加熱而上升，水箱冷水流下產(chǎn)生循環(huán)，水的循環(huán)將火災(zāi)產(chǎn)生的熱量帶走，以保證鋼柱不會(huì)升溫過高而喪失承載能力。優(yōu)點(diǎn)：利用已有的水箱等設(shè)備，節(jié)省材料及空間，減少碳足跡，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。缺點(diǎn)：為了防止鋼結(jié)構(gòu)生銹，須在水中摻入專門的防銹外加劑，冬天如需防凍，還要加人防凍劑。2.2澆筑混凝土或砌筑耐火磚鋼構(gòu)件的四周被外包混凝土或砌筑砌體完全封閉，能起到非常好的防火作用。外包材料密度較大，硬度高，材料采用砌筑方式施工，外表面用水泥（或石膏）砂漿粉刷。常用的塊狀材料有各種粘土磚、粘土空心磚、加氣混凝土砌塊、陶?？招钠鰤K等。優(yōu)點(diǎn)：強(qiáng)度高，耐沖擊。缺點(diǎn)：占用空間較大，且重量大，如若用C20混凝土保護(hù)鋼柱，其厚度需5-10mm才能達(dá)到1.5-3h的耐火極限。施工也較麻煩，特別在鋼梁、斜撐上，施工十分困難。2.3采用耐火輕質(zhì)板材作為防火外包層將表面平整的防火材料板采用機(jī)械方法環(huán)繞固定在鋼構(gòu)件的四周，一般做成箱狀，將構(gòu)件和周圍火環(huán)境隔離，以達(dá)到降低構(gòu)件的受熱速度。防火板分為防火薄板和防火厚板。防火薄板主要有水泥壓力板、普通硅酸鈣板、紙面石膏板等，其特點(diǎn)是密度大、導(dǎo)熱系數(shù)大。一般用于裝飾作用，防火效果不明顯。防火厚板主要有輕質(zhì)硅酸鈣板、膨脹蛭石板等，特點(diǎn)是密度小、導(dǎo)熱系數(shù)小。能起到很好的防火效果。優(yōu)點(diǎn)：重量輕、強(qiáng)度高、隔熱性好、耐高溫、尺寸穩(wěn)定、耐久性好、易加工、無毒無害、裝飾性好。防火板由工廠加工，厚度一致、表面平整、裝飾性好，施工為干作業(yè)。缺點(diǎn)：對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的細(xì)部施工較困難，裝配速度較慢。2.4涂抹防火涂料鋼結(jié)構(gòu)防火涂分為料膨脹型（B類）和非膨脹型（H類）。膨脹型型防火涂料主要有涂層在7mm以下普通型和涂層在3mm以下超薄型，它的特性是遇火膨脹，形成多孔碳化層；非膨；脹型型防火涂料主要有用于濕法噴涂的蛭石、珍珠巖等絕熱骨料和用于干法噴涂的以礦物纖維為主的絕熱骨料，它的特性是遇火不膨脹，具有良好的隔熱效果將防火涂料涂覆于鋼材表面是目前鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)使用最多的方法。優(yōu)點(diǎn)：施工簡(jiǎn)便、重量輕、時(shí)間長(zhǎng)，而且不受鋼構(gòu)件幾何形狀限制，具有較好的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。噴涂法具有造價(jià)較低、施工快速、復(fù)雜的細(xì)部亦容易覆蓋，并可形成裝飾層。缺點(diǎn)：由于涂層厚度難以掌握，噴涂表面不平整，影響美觀。2.5防火措施的優(yōu)缺點(diǎn)通過對(duì)比上述分析可以知道每種抗火措施都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)：充水冷卻法：鋼結(jié)構(gòu)的直處在潮濕的工作環(huán)境中，因此要考慮鋼材的耐銹蝕性；在較寒冷的地區(qū)為防止水結(jié)冰，還要加人防凍劑。結(jié)構(gòu)一直處在一個(gè)不利的環(huán)境中。澆筑混凝土或砌筑耐火磚：占用空間較大，且重量大，不利于結(jié)構(gòu)抗震，而且材料的利用率較低，因?yàn)樵诨馂?zāi)下可能由于某些構(gòu)件的破環(huán)導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)的破壞，很多材料未充分利用就喪失作用；施工也較麻煩，特別在鋼梁、斜撐上，施工十分困難，造價(jià)成本高。耐火輕質(zhì)板材作為防火外包層：對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的細(xì)部施工較困難，例如當(dāng)管線貫通板材時(shí)，管線與龍骨以及管線與板材相交處的縫隙必須用耐高溫粘結(jié)劑嵌縫；同時(shí)考慮與其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件的相互連接，裝配速度較慢。涂抹防火涂料：對(duì)操作技術(shù)要求較高，涂層厚度難以掌握，噴涂表面不平整，影響美觀。運(yùn)用防火涂料進(jìn)行防火目前的主流，在工程運(yùn)用的最多。下面簡(jiǎn)要介紹防火涂料在實(shí)際工程中的運(yùn)用。3防火涂料在鋼結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用3.1鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的分類1）厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，是指涂層厚度在8-50mm的涂料。在火災(zāi)中涂層不膨脹，依靠材料的不燃性、低導(dǎo)熱性或涂層中材料的吸熱性，延緩鋼材的升溫，保護(hù)鋼件。與其他類型的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料相比，除了具有水溶性防火涂料的一些優(yōu)點(diǎn)之外，其成本比較低廉。該類鋼結(jié)構(gòu)防火涂料施工一般采用噴涂，多應(yīng)用在耐火極限要求2h以上的室內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)上。2）薄涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，涂層厚度在3-7mm的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料稱為薄涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。該類涂料受火時(shí)能膨脹發(fā)泡，以膨脹發(fā)泡所形成的耐火隔熱層延緩鋼材的升溫，保護(hù)鋼構(gòu)件。該涂料一般分為底層和面層，其裝飾性比厚涂型好，施工采用噴涂，一般使用在耐火極限要求不超過2h的建筑鋼結(jié)構(gòu)上。3）超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，是指涂層厚度不超過3mm的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，這類防火涂料受火時(shí)膨脹發(fā)泡，形成致密的防火隔熱層，是近幾年發(fā)展起來的新品種。與前兩種防火涂料相比，超薄型膨脹鋼結(jié)構(gòu)防火涂料黏度更細(xì)、涂層更薄、施工方便、裝飾性更好。在滿足防火要求的同時(shí)又能滿足高裝飾性要求，特別是對(duì)裸露的鋼結(jié)構(gòu)，這類涂料是目前備受用戶青睞的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。由于該類防火涂料涂層超薄，從而降低了工程總費(fèi)用，又使鋼結(jié)構(gòu)得到了有效的防火保護(hù)，是目前市場(chǎng)上大力推廣的品種。3.2鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的選用原則（1）裸露的結(jié)構(gòu)、振動(dòng)大的結(jié)構(gòu)、裝飾要求高的結(jié)構(gòu)、斷面小的結(jié)構(gòu)，當(dāng)耐火在1.5小時(shí)以下時(shí)，宜選用薄型涂料。（2）隱蔽結(jié)構(gòu)、高層建筑結(jié)構(gòu)，當(dāng)耐火極限在1.5小時(shí)以上時(shí)，宜采用厚型涂料。（3）不要把技術(shù)性能滿足室內(nèi)要求的涂料用于室外工程。（4）不要輕易把用于木結(jié)構(gòu)的飾面型防火涂料用于鋼結(jié)構(gòu)。3.3鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的施工的一般規(guī)定（1）鋼結(jié)構(gòu)表面應(yīng)根據(jù)使用要求進(jìn)行除銹防銹處理。（2）無防銹涂料的鋼表面，防火涂料或打底料應(yīng)對(duì)鋼表面無腐蝕作用；涂防銹漆的鋼表面，防銹漆應(yīng)與防火涂料相容，不會(huì)產(chǎn)生皂化等的不良反應(yīng)。（3）施工過程中環(huán)境溫度宜保持在5-38℃，施工時(shí)環(huán)境相對(duì)濕度不宜大于90%，空氣應(yīng)流通，當(dāng)構(gòu)件表面有結(jié)露時(shí)，不宜作業(yè)。（4）涂層厚度、顏色、外觀應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定。（5）無漏涂、明顯裂縫、空鼓現(xiàn)象。（6）涂層的平均厚度不應(yīng)小于設(shè)計(jì)值，涂層的最小厚度不應(yīng)小于設(shè)計(jì)值的85%。4結(jié)束語本文中主要介紹了4種防火保護(hù)措施，各種防火保護(hù)措施在工程應(yīng)用中都有各自的優(yōu)缺劣，在選用具體的措施時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際工程設(shè)計(jì)要求及施工環(huán)境來確定。涂抹防火涂料是最常用的方法，具體采用何種類型的防火涂料需結(jié)合施工工藝和外觀要求，且要符合上述選用原則和涂料施工的一般原則。另一方面防火涂料在工程應(yīng)用中也存在一些安全性、耐久性等問題。在以后的研究中，應(yīng)不斷完善和靈活應(yīng)用各種防火保護(hù)措施，充分發(fā)揮各種保護(hù)措施的作用，以實(shí)現(xiàn)在達(dá)到鋼結(jié)構(gòu)防火的目標(biāo)時(shí)，保證建筑的安全性、耐久性、適應(yīng)性等要求。參考文獻(xiàn)：[1]鄧香超,繆彤彤.鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)措施設(shè)計(jì)及其應(yīng)用[J].工程與建設(shè),2014,28(3):343-345.[2]李國(guó)強(qiáng).鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)方法的發(fā)展[J].鋼結(jié)構(gòu),2000,15(3):47-49.[3]王玲玲,李國(guó)強(qiáng),王永昌.鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應(yīng)用的若干