鋼結(jié)構(gòu)防火性能及防火措施的研究

1、鋼結(jié)構(gòu)防火性能及防火措施的研究一、引言鋼結(jié)構(gòu)由于其強(qiáng)度高，塑性韌性好、質(zhì)量輕和施工速度快等優(yōu)點在我國得到了廣泛的應(yīng)用。近百年來得到了快速的發(fā)展，尤其是在上世紀(jì)下半葉，隨著 世界鋼產(chǎn)量大幅度增加，鋼結(jié)構(gòu)也相應(yīng)更加擴(kuò)展了應(yīng)用領(lǐng)域，特別是在大跨度、高聳、超高層、重型、動力荷載結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)大量的被使用。然而鋼結(jié)構(gòu) 卻有一個不容忽視的問題：鋼結(jié)構(gòu)的抗火性能?；馂?zāi)對鋼結(jié)構(gòu)的威脅遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中被燒塌破壞的事故國內(nèi)外屢見不鮮。二、鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)下破壞機(jī)理鋼材對溫度相當(dāng)敏感，但溫度升高與降低都使鋼材性能發(fā)生變化。相比之下，低溫性能更重要。圖1為鋼材的機(jī)械性能與溫度間的關(guān)系曲線。溫度度）1

2、00200300400500溫度使）500高溫屈服強(qiáng)度與室溫屈服強(qiáng)度之比高溫彈性模量與室溫彈性模量之比總的趨勢是隨著溫度的升高，鋼材強(qiáng)度降低，變形增大。約在200 c以內(nèi)鋼材性能沒有很大變化，430-540 C之間則強(qiáng)度急劇下降；至ij 600c時強(qiáng)度很低不能承擔(dān)荷載。此外，250c附近有蘭脆現(xiàn)象，約 260-320 C時有徐變現(xiàn)象。蘭脆現(xiàn)象指溫度在250c左右的區(qū)間內(nèi)，有局部性提高， 也有回升現(xiàn)象，同時塑性有所降低，材料有轉(zhuǎn)脆傾向。在蘭脆區(qū)進(jìn)行熱加工，可能引起裂紋。徐變現(xiàn)象指在應(yīng)力持續(xù)不變的情況下鋼材以很緩慢的速度繼續(xù)變形的現(xiàn)象。結(jié)合200c以內(nèi)材性無大變化的性能看，結(jié)構(gòu)表面所受輻射溫度應(yīng)不

3、超過這一溫度。設(shè)計時以規(guī)定150 c為適宜，超過之后結(jié)構(gòu)表面即需加設(shè)隔熱保護(hù)層。鋼材在高溫下強(qiáng)度降低，尤其是600c以后幾乎喪失承載能力，使其耐火性能很低。為了滿足建筑物防火要求，需要用耐火材料加以防護(hù)，從而提高了鋼結(jié)構(gòu)的造價。目前國內(nèi)外 都已開發(fā)出具有一定耐火性能的鋼材。三、鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計及相關(guān)措施防火設(shè)計的依據(jù)是火災(zāi)危險性類別，從而確定建筑耐火等級及其它防火、防爆措施?；馂?zāi)危險性主要是根據(jù)生產(chǎn)中使用或產(chǎn)生的物質(zhì)性質(zhì)及其數(shù)量等因素進(jìn)行來考慮。建筑設(shè)計防火規(guī)范第 3.1.2條中規(guī)定構(gòu)件的燃燒性能和耐火極限按高低順序共分為甲、乙、丙、丁、戊5類?；馂?zāi)危險主要考慮以下幾個方面：生產(chǎn)中使用的全部原材

4、料的性質(zhì)；生產(chǎn)中操作條件的變化是否會改變物質(zhì)的性質(zhì)；生產(chǎn)中產(chǎn)生的全部中間產(chǎn)物的性質(zhì)；生產(chǎn)中最終產(chǎn)品及副產(chǎn)物的性質(zhì)；生產(chǎn)的火災(zāi)危險性分類按其中最危險的物質(zhì)確定。有效的防火分區(qū)是建筑必須采取的保護(hù)措施之一。防火分區(qū)可以在廠房內(nèi)部防止火勢向其他區(qū)域蔓延、擴(kuò)散，有效地控制火災(zāi)的范圍。不過對于現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)廠房的大跨度、大空間及其所需要的生產(chǎn)工藝流程來說，防火分區(qū)的設(shè)置具有一定難度。常用的分區(qū)方法有以下幾種：防火墻。在生產(chǎn)工藝流程和生產(chǎn)管理中沒有特殊要求的情況下，采取防火墻是簡單、有效并且造價低廉的一種方法。防火門。防火卷簾，可用于小跨度分區(qū)中。自動噴水滅火系統(tǒng)。 在只需分兩個分區(qū)及廠房高度不超過8m的情況

5、下，可設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)，使允許的防火分區(qū)面積增加一倍 ，以達(dá)到規(guī)范要求。獨(dú)立水幕。這是一個較好的分區(qū)方法，不存在跨度問題，水幕噴頭防火水幕帶宜采用噴霧型噴頭，也可采用雨淋式水幕噴頭，噴頭的排列不應(yīng)少于 3排，防火水幕帶形成的水幕寬度不宜小于5 m,流量2 L/( s-m)。但存在維護(hù)保養(yǎng)困難的問題，為防止誤操作，應(yīng)采取人工、自動兩種啟動方式。防火帶。由于生產(chǎn)工藝流程和生產(chǎn)管理需要而無法設(shè)防火墻時，可設(shè)防火帶進(jìn)行防火分區(qū)。即在有可構(gòu)件的廠房中劃出一段區(qū)域，這個區(qū)域內(nèi)的構(gòu)件全部采用不燃性材料，并采取措施防止煙火在分區(qū)間流竄，也可起到防火分隔的作用。除上述的防火分區(qū)外， 防止鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中迅速升

6、溫發(fā)生變形塌落的幾種鋼結(jié)構(gòu)防火措施如下：1涂刷防火涂料法、2發(fā)泡防火漆法、3外包保護(hù)層法、4水冷卻法、5徹底屏蔽法。上述的五種方法被稱為主動防火措施。其中涂刷防火涂料是設(shè)計首選的一種方法。涂刷在鋼結(jié)構(gòu)表面防火涂料，能形成耐火隔熱 保護(hù)層，以提高鋼結(jié)構(gòu)耐火極限。而防火漆是由成膜劑、阻燃劑、發(fā)泡劑等多種材料制造而成的一種阻燃涂料。一般油漆相比，在物理性能方面基本一樣，不 同的是它干燥以后，漆膜本身不易燃燒，遇火時，能推遲火焰延燒到涂漆的可燃物上，具有一定的防火性能。水冷卻法是在空心鋼構(gòu)件內(nèi)充水，采用循環(huán)水進(jìn) 行冷卻是抵御火災(zāi)最有效的方法之一。當(dāng)溫度上升時，空心鋼構(gòu)件內(nèi)的水可帶走大量的熱，受熱的水經(jīng)

7、冷卻降溫循環(huán)使用或經(jīng)外部引入冷水引出熱水，從而使 鋼構(gòu)件在火災(zāi)時保持較低溫度。這種技術(shù)在國外被廣泛地使用在鋼柱的防護(hù)中。徹底屏蔽法是用耐火材料組成的構(gòu)件將鋼結(jié)構(gòu)徹底屏蔽，是最經(jīng)濟(jì)的保護(hù)方法。四、結(jié)論1、火災(zāi)下為滿足結(jié)構(gòu)耐火極限要求，一般需對鋼構(gòu)件進(jìn)行防火保護(hù)。目前的主要防火措施為包覆防火涂料或防火板。由于鋼材導(dǎo)熱性好，采取防火保護(hù)的鋼構(gòu)件的內(nèi)部溫度可假定為均勻分布，再由火災(zāi)環(huán)境傳入鋼構(gòu)件的熱量應(yīng)等于鋼構(gòu)件升溫所吸收的熱量，可建立火災(zāi)條件下鋼構(gòu)件升溫微分方程。2、防火涂料是鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)的最佳選材，但其會隨著保護(hù)時間增長，而使其綜合性能下降，從而降低其保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件防火的能力。3、火災(zāi)探測報警技術(shù)?；馂?zāi)探測報警系統(tǒng)包括探測器和報警控制器兩大基本部分。根據(jù)所探測的火災(zāi)參數(shù)的不同，火災(zāi)探測器劃分為感溫、感煙和感 光（火焰）、氣體和復(fù)合式等型式。4、煙氣控制技術(shù)。建筑物發(fā)生火災(zāi)后，有效的煙氣控制是保護(hù)人們生命財產(chǎn)安全、減少進(jìn)一步損失的重要手段。控制煙氣一般有兩種方式：擋煙和排 煙。很多大規(guī)模的建筑，其煙氣控制往往是幾種方法的有機(jī)結(jié)合。排煙形式的合理與否，不僅關(guān)系到煙氣控制的效果，還有很大的經(jīng)濟(jì)意義。參考文獻(xiàn)：1中華人民共和國建設(shè)部,建筑設(shè)計防火規(guī)范，GB50016-2006