淺談鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)及防火板在鋼結(jié)構(gòu)建筑中的應(yīng)用

1、 摘要簡述鋼結(jié)構(gòu)住宅的建筑特點(diǎn)，火災(zāi)是鋼結(jié)構(gòu)建筑主要的安全隱患，提出包敷法和噴涂法是鋼結(jié)構(gòu)防火最普遍的解決措施，以及如何確定鋼結(jié)構(gòu)的耐火等級，并以工程實(shí)例說明 gf 防火板對鋼結(jié)構(gòu)防火的重要作用及施工工藝。鋼結(jié)構(gòu)防火 耐火極限 包敷法 gf 防火板in this paper, the author introduces the characters of the steel structure housesduring the building and the biggest hidden trouble of these building fire, the methodsof wrap a

2、nd spread which is the most popular measure to defend the fire is also refered.through the projec example, the paper expounds how to differentiate the grad offire-resistant, the construction technology of the gffireproofing board. steel sturcture fireproofingthe wrap method gf fireproofing boardfire

3、-resistant limit1. 前言1.1 建筑自人類產(chǎn)生以來都是人們生活的重要組成部分，但在很長時間里運(yùn)用的都是石材，木材等。隨著科技的發(fā)展新型材料的運(yùn)用越來越廣泛，其中鋼材是其中普遍采用的一種。而以鋼結(jié)構(gòu)為主體的建筑是現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)發(fā)展的主流，鋼結(jié)構(gòu)建筑與鋼筋混凝土，砌體，木結(jié)構(gòu)建筑相比有一定的差別，鋼結(jié)構(gòu)建筑通常由型鋼、鋼管、鋼板等制成的鋼梁、鋼柱、鋼桁架等構(gòu)件組成，探討現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計與表現(xiàn)具有重要的意義和價值。1.2 我國自 1949 年全國解放后，鋼結(jié)構(gòu)就在大跨重型工業(yè)廠房、大型公共建筑和高聳結(jié)構(gòu)中得到了應(yīng)用。尤其是近 20 年來，鋼結(jié)構(gòu)更加廣泛應(yīng)用于土木工程的公共建筑中，比

4、如北京的奧運(yùn)場館、濱洲的國際會展中心等，我國目前不僅能生產(chǎn)各種類型的建筑鋼材，同時鋼材生產(chǎn)的新技術(shù)、新工藝、新產(chǎn)品日益也增多， 如 h 型鋼梁、鋼柱、鋼桁架的生產(chǎn)，使建筑結(jié)構(gòu)充滿現(xiàn)代化時代氣息，實(shí)際證明鋼結(jié)構(gòu)建筑在我國更具有廣闊的發(fā)展前景。為此，建設(shè)部和國家科委“十五”課題是住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化，也即：住宅建筑作為一個整體產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)以標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；蛡€性化設(shè)計，工廠化、集約化、裝配化和工業(yè)化施工，市場化銷售和社會化服務(wù)為宗旨的住宅產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化，簡而言之，住宅產(chǎn)業(yè)化就意味著工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化、配套化。萊鋼集團(tuán)作為一家國有大中型鋼鐵企業(yè)，已率先在國內(nèi)推出鋼結(jié)構(gòu)住宅產(chǎn)業(yè)化。2. 鋼結(jié)構(gòu)住宅的建筑特點(diǎn)2.1 預(yù)工

5、程化程度高，建設(shè)成本降低，工期縮短鋼結(jié)構(gòu)建筑模數(shù)協(xié)調(diào)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了建筑工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)，提高了建筑預(yù)工程化，使不同材料、不同形狀和不同制造方法的建筑構(gòu)配件具有一定的通用性和互換性。同時鋼結(jié)構(gòu)建筑的預(yù)工程化使材料加工和安裝一體化，大大降低了建設(shè)成本；并且加快了施工速度，使工期能夠縮短 40以上，從而加快了房地產(chǎn)開發(fā)商的資金周轉(zhuǎn)速度，使建筑能更早投入使用。2.2 鋼結(jié)構(gòu)建筑能夠滿足高度和跨度的要求鋼材組織均勻，接近于各向同性勻質(zhì)體，強(qiáng)度高，彈性模量亦高。其密度與強(qiáng)度的比值遠(yuǎn)小于磚石，混凝土，木材，在同樣受力情況下鋼結(jié)構(gòu)自重小，從而可以做成跨度較大和高度較高的結(jié)構(gòu)以及靈活的結(jié)構(gòu)形體。2.3 原材料可

6、以循環(huán)使用，有助于節(jié)能環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)對于資源，能源都非常短缺的我國意義尤為重大，鋼材是一種高強(qiáng)度高效能的材料，具有很高的再循環(huán)價值，邊角料也有價值，不需要制模施工。目前，國內(nèi)引人注目的新型住宅產(chǎn)品是萊鋼建設(shè)有限公司推出的綠色節(jié)能鋼結(jié)構(gòu)住宅，該類型住宅采用工廠預(yù)制現(xiàn)場拼裝保溫隔熱外墻板，室內(nèi)溫度變化小，熱損失低。不論冬夏，都具有舒適當(dāng)居住環(huán)境。 與磚混結(jié)構(gòu)住宅相比，可節(jié)能65 以上，冬夏季空調(diào)設(shè)備可節(jié)約耗電 30以上。3. 鋼結(jié)構(gòu)中建筑設(shè)計的防火問題火災(zāi)是對鋼結(jié)構(gòu)建筑的最大危害，首先我們來分析一下鋼結(jié)構(gòu)建筑的火災(zāi)特點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)建筑的梁、柱、屋架是建筑的骨架，它的安全性直接關(guān)系到整幢建筑

7、的安全，它們大都采用鋼材，鋼材雖然是不燃材料，但其耐火性能很差，隨著溫度的變化，其力學(xué)指標(biāo)會發(fā)生很大的改變，承載力和平衡穩(wěn)定性會隨溫度升高而大幅度下降。鋼結(jié)構(gòu)在溫度達(dá)到 350、500、600時，其強(qiáng)度分別下降 13、12、23，在高溫條件下其內(nèi)部應(yīng)力也會發(fā)生改變，使鋼結(jié)構(gòu)承重體系出現(xiàn)問題，按理論計算，在全負(fù)荷下，鋼結(jié)構(gòu)失去平衡穩(wěn)定性的臨界溫度為500，一般火場溫度都在 8001000左右，在這樣的高溫條件下，無任何保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)很快就會出現(xiàn)塑性變形，大約 15 分鐘內(nèi)就會倒塌。比如美國世貿(mào)中心大樓外墻是排列很密的鋼柱，外面包以銀色鋁板，在美國 911 事件中飛機(jī)滿載燃油撞擊大樓后，造成大樓承重

8、的鋼結(jié)構(gòu)筒體的保護(hù)層被破壞，在強(qiáng)烈的高溫作用下，鋼結(jié)構(gòu)筒體承載強(qiáng)度迅速下降，短短 20 分鐘后這個世界上最著名建筑就消失在我們面前。3.1 鋼結(jié)構(gòu)防火問題受到各界的廣泛關(guān)注，如何才能做好鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火設(shè)計呢？首先根據(jù)建筑物的火災(zāi)危險性和重要性，合理確定建筑的耐火等級。各種建筑由于其使用功能和重要性的不同，火災(zāi)危險性存在差異，我們設(shè)計時要根據(jù)業(yè)主提供的建筑要求，根據(jù)建筑設(shè)計防火規(guī)范和高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范，確定建筑物的火災(zāi)危險性，再根據(jù)火災(zāi)危險性，確定建筑的耐火等級，目前，國內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)時間是按照建筑設(shè)計防火規(guī)范、高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范所規(guī)定的建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐火極限來確定的。 3.2

9、鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限的確定鋼結(jié)構(gòu)整體的耐火極限可按該建筑中所有構(gòu)件的耐火極限的最大值確定。當(dāng)確定鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火極限時，應(yīng)著重考慮以下因素：建筑的耐火等級，構(gòu)件的重要性，構(gòu)件在建筑物中的部位。目前我國結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火極限的確定僅考慮前兩個因素。見表 3.2-1二級火極限（h），構(gòu)件名稱非燃燒體 非燃燒體 非燃燒體 非燃燒體4.00 4.00 4.00 4.00承重墻、樓梯間、 非燃燒體 非燃燒體 非燃燒體 非燃燒體防火墻墻電梯井墻3.00非燃燒體 非燃燒體 非燃燒體 非燃燒體3.00 2.50 2.50 0.50非燃燒體 非燃燒體 非燃燒體 非燃燒體2.50 2.00 2.00 1.00非燃燒體 非

10、燃燒體 非燃燒體 非燃燒體2.00 1.50 1.00 0.50非燃燒體 非燃燒體 非燃燒體 非燃燒體2.502.500.50柱1.50非燃燒體 非燃燒體1.50 0.50非燃燒體 非燃燒體 非燃燒體1.000.500.25屋頂承重構(gòu)件疏散樓梯燃燒體燃燒體燃燒體 1.501.001.00表 3.2-14. 鋼結(jié)構(gòu)建筑防火措施及施工方法從發(fā)生的鋼結(jié)構(gòu)建筑火災(zāi)案例可以發(fā)現(xiàn)兩類現(xiàn)象，一類為防火保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中沒有達(dá)到規(guī)定的耐火時間而破壞，另一類防火保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中超過了預(yù)期的耐火時間而并沒有破壞。建筑的構(gòu)造防火問題一般在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上較易解決，而在鋼結(jié)構(gòu)建筑上則需考慮更多的因素，以下為兩種

11、常用防火措施：.一是采用包敷法，包敷法是采用磚、混凝土、硅鈣板等材料將鋼結(jié)構(gòu)包裹，從而形成保護(hù)層，提高構(gòu)件耐火極限；二是采用噴涂法，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的部位不同分別采用厚型或薄型的防火涂料，并在露明部位加涂裝飾漆。就是在鋼結(jié)構(gòu)表面涂上一層防火涂料，形成一個保護(hù)膜，從而提高建筑構(gòu)件的耐火極限，它有厚型和薄型之分，不同厚度的涂層其耐火極限不同，噴涂法已在國內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用，在這里我就不細(xì)致介紹了。4.1 在這里我介紹新型防火板 gf-1100 超級硅酸鈣防火板（后文簡稱 gf 防火板）在鋼結(jié)構(gòu)建筑防火技術(shù)的施工與應(yīng)用。此種防火技術(shù)是由萊鋼建設(shè)有限公司與萊州明發(fā)隔熱材料有限公司合作開發(fā)的新型鋼結(jié)構(gòu)建筑防火技

12、術(shù)。4.1.1 gf 防火板主要成分gf 防火板以 ca0 和 si02 為主要原料，經(jīng)高溫高壓化學(xué)反應(yīng)，配以增強(qiáng)纖維和無機(jī)輔料。4.1.2 防火板-gf 板制法及裝置gf 防火板的制法及裝置，其要點(diǎn)是按要求制備料槳在膠化罐中于 80140保持330h，進(jìn)行膠化反映，將反映所得料漿輸入制板機(jī)，制成板材。再將板材進(jìn)行蒸 養(yǎng)、干燥、切磨加工為成品。壓制成型。gf 板為無機(jī)不燃a 級板材，4.1.3 gf防火板的性能：gf防火板為無機(jī)不燃板材，理化性能穩(wěn)定，屬于半永久性材料，它具有耐熱溫度高、絕熱性能強(qiáng)、容重低、比強(qiáng)度高、耐久性好、施工方便等優(yōu)良特性。常溫及潮濕環(huán)境下長期使用不變形，耐火性能基本不變

13、。最高使用溫度可達(dá)1100，gf板100%不含石棉，在高溫及火災(zāi)條件下不產(chǎn)生有毒氣體，是綠色環(huán)保建材。表4.1.3-1mpa燃燒性能導(dǎo)熱系數(shù)w/m.k0.075(70)表4.1.3-14.2 鋼結(jié)構(gòu)住宅防火施工工藝在這里以萊鋼建設(shè)有限公司開發(fā)的即墨德馨園小高層工程為實(shí)例介紹gf板在實(shí)際生產(chǎn)過程中的應(yīng)用，即墨德馨園小高層工程為建設(shè)部科技示范工程， 由八棟單體住宅樓組成，總建筑面積為61809m2，用鋼量2456噸。本工程是以住宅為主，其它服務(wù)功能為輔的中高檔住宅小區(qū)。其中：a1-a4#樓主體結(jié)構(gòu)高度40.67米，均為地上十一層加兩層躍層，地下一層；a5#樓主體結(jié)構(gòu)高度46.02米，地上十二層 加

14、兩層躍層，地下一層加裙房； a6、a7、a8#三棟樓主體結(jié)構(gòu)高度52.39米地上十五層加兩層躍層，地下一層。本工程主體采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，基礎(chǔ)采用混凝土筏板基礎(chǔ)。主體為鋼框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，梁為熱軋h型鋼梁，支撐柱采用焊接螺旋鋼管，混凝土剪力墻內(nèi)部用 h型鋼柱；現(xiàn)澆混凝土樓板，圍護(hù)墻和隔墻采用輕質(zhì)保溫墻板。根據(jù)設(shè)計要求，即墨德馨園a1a8樓設(shè)計耐火等級為二級，即梁耐火極限 1.5h；柱耐火極限2h。我工程采用gf防火板20mm厚（耐火極限2h）和25mm厚（耐火極限3h），完全可以滿足防火設(shè)計要求。4.2.1 gf防火板運(yùn)用在鋼梁的安裝方法l 鋼梁采用20mm厚gf防火板l 將需要進(jìn)行防火保護(hù)的

15、鋼梁表面清掃干凈l 確定好龍骨的安裝位置及下料尺寸，并按尺寸將龍骨裁好l 將高溫粘接粉與膠配置成高溫粘接劑，將龍骨與鋼梁的接觸面均勻的涂上高溫粘接劑，然后將其粘接于鋼梁上，粘接龍骨時應(yīng)控制同一鋼梁中龍骨與gf防火板的接觸面應(yīng)在同一平面上，可以保證 gf防火板安裝的平整度（見圖4.2.1-1）l 待高溫粘接劑凝固后，可以根據(jù)鋼梁的尺寸裁好gf防火板，用氣排釘（t50）將裁好的gf防火板固定在龍骨上，釘頭應(yīng)沉入 gf防火板板面（防止銹蝕），安 裝時，gf防火板與龍骨要靠實(shí)，不能強(qiáng)壓就位，同時應(yīng)注意用gf防火板包覆的鋼梁表面的平整度、垂直度、陽角的方正等4.2.2 gf防火板運(yùn)用在鋼柱的安裝方法l

16、鋼柱采用25mm厚gf防火板l 確定豎龍骨的位置（龍骨用c75輕鋼龍骨），并做好標(biāo)記?？繅Φ呢Q龍骨用鋼釘直接固定于墻面上，不靠墻龍骨用鋼釘固定于上下樓板之間l 依據(jù)固定好的豎龍骨確定橫龍骨（c50輕鋼龍骨）的尺寸，橫龍骨間距不大于500mm，橫龍骨與豎龍骨之間的連接用鉚釘連接l 橫豎龍骨固定好后為保證其穩(wěn)定性，宜在相臨兩邊橫龍骨加以支撐（c50輕鋼龍骨），支撐與橫龍骨之間采用鉚釘連接，支撐與柱子一定要靠實(shí)（見圖4.2.2-1）l 依據(jù)固定好的龍骨尺寸確定gf防火板尺寸并下料，用氣排釘（t50）將裁好的gf防火板固定于龍骨上l 為保證裝飾美觀性，同一軸線的獨(dú)立柱應(yīng)放一通線，然后再確定豎龍骨的位置

17、，安裝龍骨和gf防火板時，應(yīng)保證平整度與垂直度，以及陰陽角的方正（見圖4.2.2-2）l gf防火板之間的接縫應(yīng)嚴(yán)密，以不大于3mm為宜，同時接縫應(yīng)互相錯開。固 定gf防火板時長邊釘距不大于150mm，短邊釘距不大于100mm4.2.3 gf防火板表面的裝飾方法4.2.3.1 gf防火板表面刮膩?zhàn)幼龇╨ 接縫處理l 清潔板縫表面，然后用掛刀將板縫及釘眼均勻而飽滿嵌入石膏膩?zhàn)觢 待石膏膩?zhàn)幽谈稍锖笥蒙凹埓蚰テ浔砻?，使其保證平整l 將白乳膠均勻的涂在嵌縫帶上，而后沿著接縫的方向粘貼上嵌縫帶，并用刮刀沿著接縫的方向壓實(shí)，保證整個嵌縫帶粘帖均勻牢固，表面平整、無氣泡l 在gf防火板面上進(jìn)行刮膩?zhàn)印⑺⑼苛系绕渌庋b飾4.2.3.2 gf防火板表面貼瓷磚的做法l 在鋼梁、鋼柱需貼瓷磚的位置掛上鋼絲網(wǎng)（鋼絲網(wǎng)的固定：先將釘子釘在防火板與龍