性能設計方法在鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設計中的應用分析

摘要：在經(jīng)濟高速發(fā)展的同時，建筑業(yè)也獲得了飛速發(fā)展。同時，由于鋼結(jié)構(gòu)建筑的不斷增加，其消防安全問題也日益受到重視。在此類工程建設過程中，一旦出現(xiàn)了嚴重的火災事故，就會給人民群眾的生命和財產(chǎn)安全帶來嚴重威脅。這就要求建設企業(yè)加強對消防安全的重視，提高建筑防火安全意識。本文就鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設計中的性能設計展開分析，旨在為相關建筑安全提供可行的理論依據(jù)。關鍵詞：性能設計方法；鋼結(jié)構(gòu)；建筑；防火設計目前，基于性能化的火災防護設計已經(jīng)是一種比較成熟的建筑防火技術。基于性能化的防火設計既符合《建筑防火規(guī)范》規(guī)定，又可結(jié)合使用者及房屋特性進行設計項目變更，提升了建筑的抗火性能，減少了火災發(fā)生危險。雖然有效的性能設計能夠使火災風險得到有效控制，然而從目前的鋼結(jié)構(gòu)建筑消防設計狀況來看，其防火設計方面仍有許多不足之處。因此，各建設企業(yè)都應積極應對火災問題，運用基于性能化的方法來確保鋼結(jié)構(gòu)建筑的安全。本文著重論述了鋼結(jié)構(gòu)建筑防火措施，并對其進行了性能分析，旨在探析其應用成效與完善對策。一、鋼結(jié)構(gòu)建筑的特點由于鋼結(jié)構(gòu)建筑的重量輕，施工速度快，可利用空間大，所以在諸多一線發(fā)達城市中，很多工程都采用了鋼結(jié)構(gòu)[1]。鋼建筑物已經(jīng)有一百多年的歷史，鋼材是一種不可燃燒的物質(zhì)，但是它沒有耐火性能，當溫度升高時，它的屈服強度和彈性模數(shù)就會降低。如果溫度保持在400攝氏度，屈服強度就只有50%；如果溫度達到600攝氏度，鋼筋已經(jīng)完全失去了承受能力。目前，國際上普遍認可的鋼材抗火能力是0.25小時。對于一棟無火災防護的鋼鐵建筑，其梁柱等主要構(gòu)成部分在火災中受損或坍塌，這將對人們的生命安全及財產(chǎn)安全造成嚴重影響。同時，也會阻礙消防員的滅火進度，建筑內(nèi)人員的疏散逃離工作也會受到影響。因此，在火災防護方面，鋼結(jié)構(gòu)建筑的火災預防一直是人們關注的焦點。二、鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設計中的挑戰(zhàn)（一）防火分區(qū)的挑戰(zhàn)根據(jù)有關規(guī)定，大面積建筑在設計防火墻或防火卷簾時，會將其進行有效的區(qū)域劃分，一般會分作十幾個或幾十個區(qū)域。采用“處方式”的消防設計標準來進行火災分析，不僅會對建筑物的使用性能產(chǎn)生嚴重的負面作用，還會對建筑物本身的美感、藝術性產(chǎn)生不利后果。由于火災發(fā)生的具體情況不同，人們安全撤離和滅火方法也不同。（二）傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)建筑防火保護方法的挑戰(zhàn)當前，國內(nèi)采用的火災防護措施仍以防火噴涂為主，未將主動防火納入其中。在“建規(guī)”與“高規(guī)”中，對于建筑物的特性以及建筑物內(nèi)有無設置如自動灑水裝置之類的積極消防裝置，均未加以區(qū)分。對建筑物進行火災防護時，缺乏對其進行受力分析和計算的基礎。鋼材的抗火界限是把受火災防護的單獨鋼材置于規(guī)定的測試爐中，根據(jù)加熱曲線標準進行測試[2]。然而，在實際工程中，由于不同的構(gòu)件所承受的壓力不同，難以用實驗來進行仿真分析，且不同的荷載對其抗火能力有很大影響。在實驗中很難對節(jié)點的末端約束進行數(shù)值計算，而且兩端的約束也是影響節(jié)點抗火能力的一個主要因素。另外，火災引起構(gòu)件內(nèi)部存在一定的溫度應力，現(xiàn)有的測試手段很難精確體現(xiàn)這種作用。三、鋼結(jié)構(gòu)建筑防火保護方法目前，我國越來越多的城市建設都使用了鋼結(jié)構(gòu)，應用頻率不斷增加。相較于其他結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)存在以下優(yōu)勢：建造周期較快；建造方式較靈活；鋼結(jié)構(gòu)有較大的可利用面積。然而，鋼材的耐火性能一般較差，火焰愈旺，鋼材的支撐力量愈弱?，F(xiàn)階段，鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火設計已受到越來越多建筑企業(yè)和單位的重視。要使鋼結(jié)構(gòu)建筑中的鋼鐵材料具有良好的防火性能，必須對其進行隔絕，減少其受熱范圍，從而延長其承受溫度的時間[3]?，F(xiàn)階段，為了提高鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命和耐高溫性能，國內(nèi)建筑企業(yè)大多采取鋼材外包的方式解決該問題。鋼材外包主要有以下常見的三種材料：第一，在鋼結(jié)構(gòu)施工中采用混凝土外包鋼鐵，施工人員要在整個施工過程中將鋼筋全部覆蓋。目前，國內(nèi)許多鋼結(jié)構(gòu)工程均采用鋼筋外包的方式來增強其防火性能，如上海部分城市建設工程就采用了混凝土外包鋼材的形式。第二，使用具有更高防火性能的耐火建材將鋼鐵構(gòu)件進行外包。耐火性能比較好的耐火材料包括TK板、石膏板等，它們都是不可燃燒的，將其材料用于鋼結(jié)構(gòu)建筑物內(nèi)的鋼構(gòu)件外包，能有效使鋼筋與高溫相隔離。鋼結(jié)構(gòu)建設企業(yè)在進行鋼材外包時，可以根據(jù)自己的具體情況，將國外的一些先進做法吸收過來（防火涂料構(gòu)造設計圖，見圖1）。第三，對鋼結(jié)構(gòu)中的鋼構(gòu)件噴涂高性能防火材料，能有效隔絕高溫。防火材料在鋼結(jié)構(gòu)表面生成一種保護性的保護層，從而增強其抗火性能。從80年代起，國內(nèi)就引進了國外的防火涂料，并將其應用于鋼結(jié)構(gòu)的鋼構(gòu)件上。然而，向歐美采購防火涂料費用昂貴，并且存在許多不確定因素。因此，從1985年起，國內(nèi)就已著手制造和處理此種鋼材防火涂料，為鋼結(jié)構(gòu)施工企業(yè)節(jié)省建設費用。1990年，國家頒布了有關消防涂料的相關規(guī)定，以加強鋼結(jié)構(gòu)建筑防火涂料的質(zhì)量，確保其工程建設質(zhì)量[4]。目前，國內(nèi)常用的抗火材料主要有膨脹型和非膨脹型兩類。就膨脹型涂料而言，通過高溫燃燒，其體積會不斷增大，鋼結(jié)構(gòu)材料的耐火性能也會隨之提升。非膨脹型涂料相對更厚，厚度通常是8-55mm。雖然該材質(zhì)經(jīng)高溫燃燒，體積依舊保持不變，但是其材質(zhì)的隔熱性能極佳，能將鋼結(jié)構(gòu)房屋內(nèi)的鋼鐵與高溫隔離開來，從而提升鋼材料的防火性能。四、鋼結(jié)構(gòu)建筑的性能設計關鍵在進行鋼結(jié)構(gòu)建筑設計時，關鍵在于對其防火能力進行全面評價[5]。通過對其進行火災危險性評價，可以更好檢驗其是否合理、可行，從而使其符合相關的消防規(guī)范。若在檢驗期間，得知鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火性能較差，應馬上制定相應的應對措施。設計鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火性能時，需要注意以下三點：抗火能力設計；抗火能力全面評價；完善解決措施和針對這些問題的應對策略。這三者密切相關，密不可分。對于鋼結(jié)構(gòu)建筑施工企業(yè)而言，能夠根據(jù)建筑項目的實際情況評估其性能，明確可行且科學的設計方案。同時，可以委托有關機構(gòu)對其進行消防安全性能綜合測評，以便及時知曉問題，確定解決對策。為了確保鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火性能，需要按照國家防火要求和規(guī)定來實施[6]。相反，如果不是根據(jù)相關規(guī)范對鋼結(jié)構(gòu)房屋進行防火設計，將會對建筑的耐火能力產(chǎn)生一定影響。五、鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設計中性能設計方法應用（一）鋼結(jié)構(gòu)建筑中的分區(qū)性能設計目前，由于鋼結(jié)構(gòu)建筑的數(shù)量不斷增加，基于性能化設計的思想已逐漸深入人心，并被大量應用于建設中，以提升其耐火性[7]。對于鋼結(jié)構(gòu)建筑而言，每一層的耐火能力都會存在一定差異性。在鋼結(jié)構(gòu)建筑的中心位置，其火災耐受力一般較強，故在實施工程項目時，應該優(yōu)先選擇高性能、耐火能力佳的材料，注意隔離鋼結(jié)構(gòu)與高溫。對于鋼結(jié)構(gòu)建筑企業(yè)而言，需做好鋼結(jié)構(gòu)建筑的合理分區(qū)，確?；馂陌l(fā)生時，能夠?qū)ζ浠饎葸M行有效控制，從而降低影響。根據(jù)國標規(guī)定，住宅的鋼結(jié)構(gòu)建筑占地最大不得超過4000平方米[8]。但事實上，許多建筑企業(yè)在進行鋼結(jié)構(gòu)分區(qū)時，并未將其進行規(guī)范，這勢必會對其防火性能產(chǎn)生一定不良影響。在進行建筑抗火能力設計時，必須從建筑構(gòu)造、功能、人流等多個方面進行綜合考慮。由于受諸多因素的制約，在進行工程項目規(guī)劃時，有必要進行深入研究，以確保設計的合理性。（二）鋼結(jié)構(gòu)建筑中的排煙系統(tǒng)性能設計在進行鋼結(jié)構(gòu)施工時，需要考慮人群的流動特征，提前進行逃生路線規(guī)劃，同時還要配備一套完善的防火警示體系，確保在鋼結(jié)構(gòu)建筑物內(nèi)的人員能夠成功逃生，同時也給消防員爭取到足夠的滅火時間。在進行建筑工程施工時，必須充分考慮到火災現(xiàn)場對周邊建筑的影響，從而降低火災帶來的經(jīng)濟損失[9]。因此，在進行鋼結(jié)構(gòu)施工時，一定要采取防火隔離措施，以達到對火災的有效控制。在鋼結(jié)構(gòu)建筑物中，存在著大量的基礎建設，在進行施工時，必須充分考慮到基礎建設對人體造成的傷害，對建筑物內(nèi)易燃、易爆物質(zhì)的含量進行適當控制，對關鍵設備進行有效防護。在火災過程中，濃煙會給人體帶來極大危害。因此，作為一名合格的鋼結(jié)構(gòu)建設者，必須對建筑中的排煙系統(tǒng)進行合理設計安排，確?；馂陌l(fā)生時，濃煙能夠及時排出，降低煙霧對建筑內(nèi)人員的傷害。在進行鋼結(jié)構(gòu)建筑排煙特性設計時，由于濃煙影響程度是由火災燃燒時的煙氣產(chǎn)生量決定的，而煙氣產(chǎn)生量則可以經(jīng)消防PA機理計算得出。目前，國內(nèi)對鋼結(jié)構(gòu)建筑住宅進行性能化設計時，要求必須在地下室內(nèi)安裝排煙機。同時，還應設送煙裝置，且送煙裝置的供煙率應大于55%。結(jié)語由于城市中的居民越來越多，鋼結(jié)構(gòu)建筑房屋也越來越多。一旦建筑出現(xiàn)了火災，不僅會對人們的人身安全造成極大威脅，還會可能造成重大經(jīng)濟損失。因此，施工企