摘要:文章重點(diǎn)講述了鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)的重要性及實(shí)用的防火保護(hù)方法。對(duì)噴涂防火涂料、防火外包層、空心鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)充水等方法的優(yōu)缺點(diǎn)、操作工藝、適用條件進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。

關(guān)鍵詞:鋼結(jié)構(gòu) 防火保護(hù) 安全

0 引言

隨著工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步和人民生活水平的提高，我國建筑鋼結(jié)構(gòu)自上世紀(jì)90年代以來得到越來越廣泛的推廣和應(yīng)用。其憑借自重輕、材質(zhì)均勻、造價(jià)低、安裝施工簡便、建設(shè)周期短、布局靈活多樣、造型美觀等諸多優(yōu)點(diǎn)，被原建設(shè)部列為推廣項(xiàng)目。目前，已成為現(xiàn)代建筑中較普遍的結(jié)構(gòu)形式之一。

鋼結(jié)構(gòu)盡管有如此多的優(yōu)點(diǎn)，但卻存在一個(gè)致命的缺點(diǎn)——不耐火。鋼材為非燃材料，耐火性卻非常差。其導(dǎo)熱系數(shù)約為混凝土的40倍，力學(xué)性能如屈服強(qiáng)度、彈性模量等對(duì)溫度極其敏感。建筑用鋼(Q235、Q345等)在全負(fù)荷的情況下失去靜態(tài)平衡穩(wěn)定性的臨界溫度為540℃左右。當(dāng)溫度升高時(shí)，鋼材的屈服強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度和彈性模量的總趨勢是降低的，但在150℃以下時(shí)變化不大。當(dāng)溫度超過300℃時(shí)，鋼材的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和彈性模量開始顯著下降，而伸長率開始顯著增大，鋼材產(chǎn)生徐變;當(dāng)溫度超過400℃時(shí)，強(qiáng)度和彈性模量都急劇降低;到500℃左右，其強(qiáng)度下降到40%～50%，鋼材的力學(xué)性能，諸如屈服點(diǎn)、抗壓強(qiáng)度、彈性模量以及荷載能力等都迅速下降，低于建筑結(jié)構(gòu)所要求的屈服強(qiáng)度。我國20世紀(jì)90年代初對(duì)裸露鋼梁的耐火極限進(jìn)行了驗(yàn)證，確認(rèn)了I36b、I40b標(biāo)準(zhǔn)工字鋼梁的耐火極限分別為15min、16min(鋼梁內(nèi)部達(dá)到臨界溫度:平均溫度538℃，最高溫度649℃)。一般的火場溫度都在800℃～1000℃左右，當(dāng)火災(zāi)進(jìn)行5min后溫度已達(dá)到550℃以上。因此，若用沒有防火保護(hù)的普通建筑用鋼作為建筑物承載的主體，一旦發(fā)生火災(zāi)，則建筑物會(huì)迅速坍塌，對(duì)人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重的損失。

在傳統(tǒng)的混凝土建筑中，較多的是采用防火墻、防火分區(qū)、防火門及自動(dòng)噴淋等方法。然而，對(duì)于現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)廠房的大跨度、大空間而言，以上方法具體實(shí)施起來是非常困難的。既然不能通過對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行有效的防火分區(qū)來防止火勢蔓延、擴(kuò)散，那么只能采取對(duì)鋼構(gòu)件進(jìn)行耐火保護(hù)的方法使其在火災(zāi)時(shí)溫度升高不超過臨界溫度，保持穩(wěn)定性，從而達(dá)到防火的目的。通常有以下幾種方式:

1 噴涂防火涂料

用專業(yè)噴涂機(jī)具將防火涂料直接噴涂在鋼構(gòu)件表面，形成耐火隔熱保護(hù)層。涂層能對(duì)鋼構(gòu)件起到屏蔽作用，使其不直接暴露在火焰高溫中;涂層吸熱后，還可分解釋放出水蒸氣及其他不燃?xì)怏w，從而起到消耗熱量、降低火焰溫度和燃燒速度、稀釋氧氣的作用;另外，涂層本身多孔輕質(zhì)和受熱后形成的碳化泡沫層阻止了熱量迅速向鋼材傳遞，推遲了鋼材強(qiáng)度的降低，從而提高了鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限。這便是其發(fā)揮防火保護(hù)作用的原理。

鋼構(gòu)件防火涂料分為薄涂型和厚涂型兩類，選用時(shí)應(yīng)遵循以下原則:對(duì)室內(nèi)裸露鋼結(jié)構(gòu)、輕型屋架鋼結(jié)構(gòu)及有裝飾要求的鋼結(jié)構(gòu)，當(dāng)規(guī)定其耐火極限在1.5h以下時(shí)，應(yīng)選用薄涂型鋼結(jié)構(gòu)防火材料。這種涂料在高溫時(shí)會(huì)膨脹增厚，具有涂層薄(厚度一般為2—7mm)、重量輕、施工簡便等特點(diǎn)，可噴可涂，有一定的裝飾效果。但處于吸濕受潮狀態(tài)下會(huì)失去膨脹性，影響防火效果，應(yīng)注意保持環(huán)境通風(fēng)干燥。室內(nèi)隱蔽鋼結(jié)構(gòu)、高層鋼結(jié)構(gòu)及多層廠房鋼結(jié)構(gòu)，當(dāng)其規(guī)定耐火極限在1.5h以上時(shí)，應(yīng)選用厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。這種涂料呈顆粒狀，涂層厚度通常在8mm以上，高溫時(shí)依靠涂層本身的厚度及較低的導(dǎo)熱性起到對(duì)鋼構(gòu)件的隔熱保護(hù)，耐火極限可達(dá)3h。具有不燃、無毒、耐老化等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于永久性建筑。

噴涂法為最簡單、經(jīng)濟(jì)、有效的防火方式。價(jià)格低、重量輕、施工速度快，適用于形狀復(fù)雜的鋼構(gòu)件。在噴涂防火涂料時(shí)，應(yīng)注意噴涂厚度必須達(dá)到設(shè)計(jì)值，節(jié)點(diǎn)部位宜適當(dāng)增厚。當(dāng)遇有如梁承受沖擊振動(dòng)、設(shè)計(jì)層厚度大于40mm、涂料粘結(jié)強(qiáng)度小于0.05Map、梁腹板高度大于1.5m等情況時(shí)，應(yīng)在涂層內(nèi)設(shè)置與鋼結(jié)構(gòu)相連的鋼絲網(wǎng)，以確保涂層牢固。有效發(fā)揮防火保護(hù)作用。

2 防火外包層

即在鋼結(jié)構(gòu)表面做耐火保護(hù)層，將構(gòu)件包封起來。耐火層通常選用以下材料:①現(xiàn)澆混凝土。這種材料既不燃，又有大熱容量，能有效減緩構(gòu)件的升溫。也可在表面加敷鋼絲網(wǎng)，防止表層在高溫下剝落，進(jìn)一步提高耐火性能。這種保護(hù)層強(qiáng)度高、耐沖擊，占用空間較大，適用于容易碰撞、無保護(hù)面板的鋼柱防火保護(hù)。②石棉、巖棉、礦渣棉等礦物纖維。將其與水泥混合用特殊噴槍與水噴霧同時(shí)向底漆噴涂，構(gòu)成覆蓋層。也可直接噴涂在鋼構(gòu)件上。如向其上的金屬網(wǎng)噴涂則能取得更好的效果。③輕質(zhì)預(yù)制板。板間連接可采用釘合及粘合的方法。施工簡單、工期短、有利于工業(yè)化且復(fù)原性較好。這種方法正逐步得到廣泛應(yīng)用。

3 空心鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)充水

此法是在空心鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)充水，與高位水箱相連，形成封閉冷卻系統(tǒng)。依靠水的循環(huán)把熱量導(dǎo)走，使構(gòu)件溫度保持在100℃左右，保證鋼結(jié)構(gòu)不至達(dá)到喪失承載能力的臨界溫度。充水法造價(jià)低，但對(duì)構(gòu)件的防滲漏、防腐蝕要求高，還要保證水源的充足，防止冬季水冰結(jié)，并且只適用于空心鋼構(gòu)件。此法在國外被廣泛的應(yīng)用在鋼構(gòu)的防火保護(hù)中，但在我國實(shí)際應(yīng)用較少。

目前，大跨度廠房日漸采用了鋼結(jié)構(gòu)建筑，且廠房的跨度和面積規(guī)模越來越大。更多的大型公用建筑如展覽館、候機(jī)樓、大型商場和高級(jí)賓館不約而同的選擇了鋼結(jié)構(gòu)。在北京、天津、南京、上海、廣州等地已經(jīng)建起低層、多層、高層鋼結(jié)構(gòu)住宅。一旦發(fā)生火災(zāi)，極易造成群死群傷事故。1969年上海文化廣場火災(zāi)，1973年天津市體育館火災(zāi)顯示了鋼結(jié)構(gòu)的防火問題是不容回避的。央視新址大火事件又再次為我們敲響了警鐘。因此，鋼結(jié)構(gòu)防火安全是重中之重。

總之，我們首先必須根據(jù)實(shí)際情況及各種防火保護(hù)的特點(diǎn)，合理選擇保護(hù)措施。其次，嚴(yán)格按照施工規(guī)范作業(yè)。最大限度發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)的作用，避免災(zāi)難性事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn):

[1]《建筑鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)規(guī)程》.上海市建設(shè)和管理委員會(huì).

[2]《鋼結(jié)構(gòu)施工與質(zhì)量驗(yàn)收實(shí)用手冊》.中國建材工業(yè)出版社.