卞永國 劉偉(海工英派爾工程有限公司， 山東 青島 266101)

關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計的分析

卞永國 劉偉(海工英派爾工程有限公司， 山東 青島 266101)

鋼結(jié)構(gòu)在建筑行業(yè)中被廣泛的應(yīng)用，盡管鋼材結(jié)構(gòu)強度高，但是其抗火性較差，所以當(dāng)建筑內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)事故時，其強度會隨著溫度的上升而不斷降低，因此，鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計是目前急需解決的問題。本文針對鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計方法進(jìn)行分析，僅供參考。

鋼結(jié)構(gòu)；抗火；設(shè)計方法

建筑防火能力始終都是建筑設(shè)計最關(guān)注的話題，在現(xiàn)代建筑中鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計較多，盡管其結(jié)構(gòu)強度良好，然而抗火性能卻很差。鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)高溫中會失去固有強度，導(dǎo)致建筑坍塌，造成人員傷亡以及財產(chǎn)的損失。

1 鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用現(xiàn)狀

(1)建筑結(jié)構(gòu) 由于鋼結(jié)構(gòu)自身材質(zhì)強度高，在建筑業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，在承載重力方面具有很好的保證，另外其自身重量較輕，且擴展性強，不會占用過多的空間，便于實現(xiàn)建筑的多層結(jié)構(gòu)，所以深受建筑行業(yè)的青睞。

(2)道路橋梁結(jié)構(gòu) 為了能夠更好的固定路基，大多采用鋼結(jié)構(gòu)來對路基的兩側(cè)進(jìn)行有效的固定，保持路基形態(tài)不會因為外界的破壞而產(chǎn)生大面積的破壞[1]。橋梁也是運用了鋼結(jié)構(gòu)高強度和擴展性強的特性，可根據(jù)橋梁的實際長度、寬度進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計，將鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行點對點的拼裝和焊接后實現(xiàn)一定跨度的橋梁。

2 影響鋼結(jié)構(gòu)的主要因素分析

鋼結(jié)構(gòu)的強度會隨著溫度的上升而下降，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)的強度到達(dá)最低點時，鋼結(jié)構(gòu)就不再具有強度。即溫度達(dá)到250℃時，鋼材強度就會開始下降，達(dá)到600℃時，已經(jīng)是鋼結(jié)構(gòu)的強度最低點，若超過當(dāng)前溫度，鋼結(jié)構(gòu)就會失去本身固有強度，也就是抗火性能的喪失。另外鋼結(jié)構(gòu)還具有熱脹冷縮的特性，一旦產(chǎn)生高溫，就會產(chǎn)生變形，這種變形會隨著溫度持續(xù)的時間而增加變形的程度。

3 鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計方法

(1)基于實驗的結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計方法 基于實驗的結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計方法相對較為傳統(tǒng)，即通過實驗來選擇不同的防火措施。該實驗主要通過針對實際的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在進(jìn)行特定的承載力度以及溫度下進(jìn)行的實驗，了解其在特定的承載力度以及不同溫度下的結(jié)構(gòu)變化，并根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的不同狀態(tài)采取相應(yīng)的措施。通過這種方式能夠直觀的了解到鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件在不同的力度下結(jié)構(gòu)變化的程度不大，與之相反的，則是在不同的溫度下，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變化卻頗為明顯。

(2)基于計算的抗火設(shè)計 基于結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計實驗存在著不穩(wěn)定的特點，這種實驗并不具有代表性意義。目前應(yīng)用較多的為基于計算的抗火設(shè)計，這種抗火設(shè)計方法利用結(jié)構(gòu)分析以及熱傳導(dǎo)的相關(guān)理論來對構(gòu)件的負(fù)載以及抗火度進(jìn)行計算，能夠?qū)崿F(xiàn)抗火設(shè)計的數(shù)據(jù)化，也能夠為構(gòu)件承載力度的分配以及抗火設(shè)計提供有效的數(shù)據(jù)[2]。

①防火措施以及覆蓋度。首先要確定防火的相關(guān)措施以及當(dāng)前措施的覆蓋程度，努力做到防火措施能夠?qū)?gòu)件進(jìn)行全方位的覆蓋。②內(nèi)部溫度計算。在進(jìn)行了防火措施后，接下來是進(jìn)行內(nèi)部溫度的計算。通過設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)升溫的微分方程，再進(jìn)行鋼構(gòu)件對外界傳入熱量的吸收值進(jìn)行計算，最后再對微分方程進(jìn)行求解，能夠得出鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在不同時間下的溫度變化。③鋼結(jié)構(gòu)的性能參數(shù)。通過對溫度和承載力度的計算能夠得出鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在被兩者同時作用下所存在的內(nèi)力，從而能夠得出鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最大強度以及抗火性能極限。④對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行高溫承載計算。通過計算可以得出鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在高溫的情況下的承載力度是否還會與普通溫度下的承載力度相同，最終計算結(jié)果也就是基于計算的抗火設(shè)計方法的最終結(jié)果。

4 鋼結(jié)構(gòu)建筑防火保護措施

(1)主動式防火 首先要注重耐火性能，鋼結(jié)構(gòu)大多在建筑內(nèi)部應(yīng)用，所以對于建筑的耐火性能要有效提高，保證建筑具有較高的耐火性。其次要根據(jù)建筑的實際情況注重防火區(qū)域的劃分。良好的防火區(qū)域的劃分有助于實現(xiàn)防火通道、滅火器、報警器等防火器材的有效分配，便于發(fā)生火災(zāi)時能夠及時滅火施救。在建筑內(nèi)部要設(shè)置良好的排煙系統(tǒng)，減少因為濃煙造成的窒息死亡。最后是火災(zāi)檢測系統(tǒng)的有效應(yīng)用，能夠及時的感知建筑內(nèi)所產(chǎn)生的溫度、煙霧以及火焰，并作出有效的預(yù)警，防患于未然。

(2)被動式防火 ①隔離法。隔離法也就是將鋼結(jié)構(gòu)通過一些方式設(shè)置相應(yīng)的隔離層，使得溫度和火焰都無法對鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。目前我國建筑行業(yè)中應(yīng)用較多，首先是在鋼結(jié)構(gòu)與實際建筑間設(shè)置加密層，將鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔離，優(yōu)點是隔離效果好，安全性高，但是目前這種隔離層的成本較高還沒有得到廣泛應(yīng)用[3]。其次是采用噴涂的方式在鋼結(jié)構(gòu)表面噴涂上防火材料，以起到防火的作用。目前還沒有相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范，缺陷較多。最后是對鋼結(jié)構(gòu)外包裹硬硅鈣板，這種方式成本低、施工方便，防火效果好，高溫隔離時間長達(dá)40小時以上，且能承受1000℃以上的高溫。②疏導(dǎo)法。疏導(dǎo)法就是根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)建立疏導(dǎo)管道，通過疏導(dǎo)管道在鋼結(jié)構(gòu)的外表層形成水網(wǎng)，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的熱量會傳遞到水網(wǎng)，從而分散熱量，水網(wǎng)產(chǎn)生的熱量會在疏導(dǎo)管道的排氣口進(jìn)行及時排出，能夠有效的實現(xiàn)對鋼結(jié)構(gòu)的保護。

5 結(jié)語

提高鋼結(jié)構(gòu)的抗火性能是當(dāng)務(wù)之急。在實際的鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計中，要根據(jù)建筑的實際結(jié)構(gòu)特點來進(jìn)行設(shè)計，采取合理的設(shè)計理念、優(yōu)質(zhì)的材料進(jìn)行有效的搭配，從根本上提升鋼結(jié)構(gòu)的抗火能力，為人們的生命財產(chǎn)安全提供重要保障。

[1]羅永峰,任楚超,強旭紅.高強鋼結(jié)構(gòu)抗火研究進(jìn)展[N].天津大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)與工程技術(shù)版),2016,S1：104-121.

[2]秦彬濤.鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2012,18：174.

[3]盧文清,李振華.由典型火災(zāi)論鋼結(jié)構(gòu)建筑防火與抗火設(shè)計[J].山西建筑,2015,23：19-20.