翁 梅
河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程系(473009)
鋼材具有強(qiáng)度高、重量輕、塑性好、抗震好等優(yōu)點(diǎn),使鋼結(jié)構(gòu)既有良好的承載能力,又可以滿足建筑設(shè)計(jì)中造型多樣化的需求。因此鋼結(jié)構(gòu)具備許多混凝土結(jié)構(gòu)所不可比擬的優(yōu)勢(shì),廣泛用于大跨度、超高層等建筑中。但鋼材卻存在防火性能差這一無法避免的缺陷。鋼材雖然不能燃燒,但其強(qiáng)度卻會(huì)隨溫度上升而急劇降低,使結(jié)構(gòu)在火災(zāi)后短時(shí)間內(nèi)發(fā)生破壞。因此防火處理便成為了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。
鋼材在600℃時(shí)強(qiáng)度幾乎降為零,從而失去承載能力,而在全負(fù)荷下,建筑鋼結(jié)構(gòu)失去穩(wěn)定的臨界溫度在500℃左右。一般火災(zāi)發(fā)生時(shí),幾分鐘內(nèi)火場(chǎng)溫度就能達(dá)到800℃以上,在這樣的環(huán)境下,裸露的鋼構(gòu)件會(huì)很快因高溫而產(chǎn)生塑性變形,最終會(huì)導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的失效倒塌。一般無防火保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限約為15分鐘,防火保護(hù)的目的就是將耐火極限提升到設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的范圍之內(nèi)?;馂?zāi)時(shí)產(chǎn)生的熱量傳遞至結(jié)構(gòu),使鋼材表面受熱,由于鋼材導(dǎo)熱系數(shù)大,且構(gòu)件大多是薄壁截面,板厚較小,因此構(gòu)件表面與內(nèi)部的溫度幾近相同。當(dāng)鋼材表面遭受火焰灼燒時(shí),高溫會(huì)迅速引至整個(gè)構(gòu)件或結(jié)構(gòu),進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力降低甚至完全喪失。因此防火保護(hù)的措施雖然多種多樣,但究其原理都是用耐火或絕熱材料阻隔火焰,降低熱量的傳遞速度,推遲結(jié)構(gòu)達(dá)到臨界溫度的時(shí)間。
近年來,建筑鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用愈加廣泛,但由于鋼材本身不耐火的缺陷,引發(fā)的火災(zāi)事故及其帶來的重大損害已屢見不鮮。因此在建筑設(shè)計(jì)中,要加強(qiáng)對(duì)鋼材的防火保護(hù),提高其耐火極限,并且還有充分考慮人員疏散的因素,制定必要的應(yīng)急措施,以減少人員傷亡及損失。以下介紹幾種鋼結(jié)構(gòu)中常見的幾種防火保護(hù)措施。
即用耐火材料包裹鋼材表面以阻隔火焰。外包層可用現(xiàn)澆混凝土作為防火保護(hù)層,材料采用混凝土、加氣混凝土等,既不會(huì)燃燒,又具有較大的熱容量,可以推遲鋼構(gòu)件的升溫速度。也可用砂漿涂抹作為保護(hù)層,以提高其耐火極限。還可以用輕質(zhì)耐火材料,如石膏板,珍珠巖板等包覆鋼構(gòu)件,并用粘結(jié)劑或螺栓等連接件外包固定在構(gòu)件上。
把鋼構(gòu)件隱蔽在由耐火材料組成的墻體或頂棚內(nèi),由耐火墻體或吊頂起保護(hù)作用以延緩鋼構(gòu)件的升溫速度,實(shí)現(xiàn)防火目的。這種方法還具有良好的裝飾性,在鋼結(jié)構(gòu)屋蓋系統(tǒng)中就經(jīng)常采用。
將鋼構(gòu)件設(shè)為空心截面并連成網(wǎng)絡(luò),在其內(nèi)部充水,以形成封閉水循環(huán)冷卻系統(tǒng)。發(fā)生火災(zāi)時(shí),構(gòu)件內(nèi)的水因溫差作用而形成循環(huán),帶走熱量并引入涼水,只要保證補(bǔ)充水源并維持水位,鋼構(gòu)件就不會(huì)因溫度過高而失去承載力。也可以在建筑內(nèi)部設(shè)置自動(dòng)水淋裝置,火災(zāi)時(shí)頂部水淋裝置會(huì)自動(dòng)噴淋,在鋼材表面形成一層流動(dòng)水膜,以起到保護(hù)作用。
在鋼構(gòu)件表面用噴涂機(jī)具來噴涂防火涂料,以起到防火保護(hù)作用,這種方法施工方便,防火性能好,不受結(jié)構(gòu)幾何形體的影響,結(jié)構(gòu)負(fù)荷小,因此也是目前鋼結(jié)構(gòu)防火方法中最常見的一種。目前市場(chǎng)上防火涂料的種類繁多,其防火性能也各有不同。防火涂料主要由薄涂型(B類包括超薄型)和厚涂型(H類)兩種。
1)薄涂型的涂層厚度一般在2~7mm,涂層在火災(zāi)時(shí)受熱而膨脹發(fā)泡,形成泡沫狀的隔熱層,以隔斷熱量傳遞,阻礙鋼構(gòu)件升溫,從而提高其耐火極限。具有裝飾性較好,結(jié)構(gòu)負(fù)荷小、施工方便等特點(diǎn),主要用于耐火極限在1.5小時(shí)以下且構(gòu)件裸露有裝飾性要求的結(jié)構(gòu)。超薄型的涂層厚度不超過3mm,涂層受火時(shí)膨脹發(fā)泡,形成致密隔熱層以防火保護(hù),具有涂層更薄、裝飾性更好且施工方便的特點(diǎn),一般用于耐火極限在2小時(shí)以內(nèi)且構(gòu)件裸露有裝飾性要求的結(jié)構(gòu)中。這類涂料是近幾年才發(fā)展起來的新種類,備受用戶青睞。
2)厚涂型的涂層厚度一般為8~20mm,受熱并不膨脹發(fā)泡,主要是因其不燃性、低導(dǎo)熱性的特點(diǎn)來阻礙鋼構(gòu)件升溫,提高其耐火極限。具有防火保護(hù)性好,導(dǎo)熱率低等優(yōu)點(diǎn);但施工較復(fù)雜,主要用于耐火極限在1.5小時(shí)以上的隱蔽結(jié)構(gòu)、重要結(jié)構(gòu)、潮濕環(huán)境結(jié)構(gòu)等。
兩種類型的涂料性能特點(diǎn)不同,因此適用于不同的場(chǎng)合,應(yīng)根據(jù)建筑的耐火等級(jí)、環(huán)境條件、施工工藝等因素綜合考慮,合理選用與其相適應(yīng)的涂料類型,以實(shí)現(xiàn)防火涂料的防火保護(hù)作用。由于防火涂料在噴涂時(shí)容易造成環(huán)境污染,還可能釋放出有毒、有害氣體,因此應(yīng)予以限制并進(jìn)行改良,并重視研究和推廣無毒害且化學(xué)穩(wěn)定性好的無機(jī)類防火涂料新技術(shù)。
隨著建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟,其應(yīng)用也越來越廣泛,逐漸與混凝土結(jié)構(gòu)并列成為我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)的兩大主體形式,因此鋼結(jié)構(gòu)的防火保護(hù)問題也隨之成為一個(gè)重要課題。實(shí)際上鋼結(jié)構(gòu)的防火保護(hù)措施往往不是單一采用上述的某一種方法,而是設(shè)置多道防線,采用幾種方法相結(jié)合,如以自動(dòng)噴淋作為抵抗火災(zāi)的第一道防線,以屏蔽法或外包層法做第二道防線,噴涂法做第三道防線,以加強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的防火性能。在防火方法選用中,應(yīng)根據(jù)建筑鋼結(jié)構(gòu)具體的使用場(chǎng)合、耐火等級(jí)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、成本要求等方面選擇合理高效的保護(hù)措施,以充分發(fā)揮其防火保護(hù)作用。
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