曲升級

（煙臺大學(xué) 土木工程學(xué)院， 山東 煙臺 264005）

0 鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能與耐火極限

鋼結(jié)構(gòu)盡管是不燃材料，但對氣溫變化相當(dāng)敏感，特別是抗壓抗拉強度有急劇變化。當(dāng)氣溫聚變時，鋼材力學(xué)指標(biāo)變化很大。研究發(fā)現(xiàn)，在火災(zāi)溫度下，未加保護的鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點只需短短十五分鐘，其溫度就可達到540℃。另外，其載荷能力、屈服強度、彈性模量等關(guān)鍵指標(biāo)均快速下降。鋼構(gòu)件高溫耐火試驗證明，鋼梁、鋼柱、鋼屋架等主要受力構(gòu)件的耐火極限在15分鐘到30分鐘之間，這根本不能滿足火災(zāi)情況下對建筑防火的要求?；馂?zāi)發(fā)生時首先是梁柱節(jié)點破壞，作為鋼結(jié)構(gòu)受力關(guān)鍵點也是框架最薄弱的地方，梁柱節(jié)點的破壞最后導(dǎo)致整個建筑的坍塌。既然鋼構(gòu)件的耐火極限距離防火規(guī)范的要求相差很大，我們既要充分利用鋼結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)高強為生產(chǎn)服務(wù)，更要對鋼結(jié)構(gòu)特別是梁柱節(jié)點等關(guān)鍵部位進行耐火防火設(shè)計，在火災(zāi)中延緩構(gòu)件升溫，保護生命和財產(chǎn)安全。

1 梁柱節(jié)點抗火研究的方法

目前，主流研究梁柱節(jié)點的耐火防火方法方法有建立有限元耐火試驗分析及現(xiàn)場高溫試驗兩種：后者高溫試驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，真實反映鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點的耐火防火性能，但是缺點很明顯就是浪費材料，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件價格高，試驗成本太大；有限元分析既可以模擬高溫下的節(jié)點性能，又減少時間和經(jīng)費。目前有限元分析集中研究平面鋼框架節(jié)點試驗及后期數(shù)理推導(dǎo)，對鋼框架中的梁柱節(jié)點空間性能研究較少，定量分析數(shù)值計算及數(shù)理推導(dǎo)模擬分析。

2 鋼結(jié)構(gòu)空間梁柱節(jié)點抗火性能的研究

在實際鋼框架結(jié)構(gòu)中，根據(jù)節(jié)點在空間上位置的不同，將空間框架中的節(jié)點分為四種，分別為角節(jié)點，中節(jié)點和兩個方向上的邊節(jié)點。在有限元模型驗證的基礎(chǔ)上，對四種空間框架的梁柱節(jié)點連接進行了有限分析，從變形上看[1]：1）對于框架中有主次梁連接的柱翼緣，與主次梁的上翼緣對應(yīng)處柱翼緣分析時受火向外凸，與主次梁下翼緣對應(yīng)的柱翼緣分析時受火向內(nèi)凹。2）對于沒有梁連接的柱翼緣，其變形較小且較均勻。3）4種空間鋼框架節(jié)點，與梁連接的柱翼緣的變形形態(tài)是一致的，且較無梁連接的柱翼緣變形大。空間框架邊節(jié)點和角節(jié)點在火災(zāi)作用下，隨著溫度的上升，轉(zhuǎn)角增加較快，即較易受到破壞；實際連接時H型柱腹板端載荷大于梁端載荷時，發(fā)生火災(zāi)下角連接節(jié)點更易受到破壞。

3 鋼結(jié)構(gòu)梁柱防火保護中存在問題

首先，防火涂料選型單一。根據(jù)我國《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，具體在施工時候根據(jù)室內(nèi)和室外進行區(qū)分，室內(nèi)鋼構(gòu)件裸露在外，起到裝飾作用和輕鋼骨架屋檁等構(gòu)件耐火時間在一個半小時以內(nèi)選用薄涂料；對比室外隱蔽鋼構(gòu)件，主要受力構(gòu)件、多層及高層鋼結(jié)構(gòu)耐火時間一個半小時以上選用厚涂料防火。厚涂料開始膨脹系數(shù)很少基本不產(chǎn)生膨脹，具有非常良好的阻燃性。然而在實際中，很多施工企業(yè)仍然是采用簡單的膨脹型發(fā)泡，并不能根據(jù)不同鋼構(gòu)件應(yīng)用類型的鋼結(jié)構(gòu)來選擇不同的防火涂料。具體厚度施工時候難以具體檢查，也缺失相關(guān)的檢測措施。實際在具體工程進行時，防火涂料生產(chǎn)單位為追求經(jīng)濟利益，跟質(zhì)檢部門采取周璇的辦法，所提交的檢測樣品都是合格的。他們有一套獨立的生產(chǎn)體系，流向市場的是另一套，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品有些是不合格產(chǎn)品。最后是相關(guān)檢測機構(gòu)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)不嚴(yán)格，缺少統(tǒng)一的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。工程竣工前，我國消防部門一般會要求進行防火涂料性能檢測，或者委托中介進行檢測，這存在很大的制度漏洞：相關(guān)檢測單位在利益驅(qū)使下沒有嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對隨機抽樣檢驗、特定檢測部位、涂料主要性能、涂層厚度方面沒有嚴(yán)格把關(guān)。

4 鋼結(jié)構(gòu)防火保護對策

首先，梁柱節(jié)點主要采取隔離或阻斷方式。采用隔熱材料延緩火焰灼燒或吸熱材料阻斷火焰，延緩熱量向鋼構(gòu)件傳播的速度，延緩鋼構(gòu)件溫度上升及產(chǎn)生各種力學(xué)性能變化的時間。具體方法分傳統(tǒng)和現(xiàn)代防火技術(shù)。在傳統(tǒng)防火設(shè)計中，主要采用的方法有以下幾個[2]：首先是在鋼構(gòu)件四周澆筑混凝土，封閉鋼構(gòu)件。這種方法比較簡便，混凝土也比較容易獲得，在其成型后更是堅固耐用。但是，混凝土層在烈火作用下會因消防水噴射造成破裂和剝落，并且這種用混凝土構(gòu)造起來的保護層厚，重量大，施工費用還高。所以，現(xiàn)在只有底層或一層采用這種方法。第二種方法是采用質(zhì)量較輕的防火建材外包鋼構(gòu)件。比如玻璃纖維水泥板、建筑石膏板、硅酸鈣板、等非燃材料的板材。這些材料包裝施工費力，且包裝材料強度較差，極其容易損壞。

現(xiàn)在，鋼結(jié)構(gòu)防火主要是是噴射外表面保護層和外刷噴涂料。目前最新趨勢是將鋼結(jié)構(gòu)噴射保護和鋼結(jié)構(gòu)防火涂料噴涂兩種方法有機結(jié)合。通過高壓槍將防火涂料噴射到鋼構(gòu)件的外表面，這樣鋼結(jié)構(gòu)外表面形成一層耐火隔熱層。鋼結(jié)構(gòu)噴射保護技術(shù)主要是噴射無機纖維防火護層材料，這種防火保護技術(shù)尤其適用于耐火極限要求比較高的高層鋼機構(gòu)。

5 鋼結(jié)構(gòu)造價控制措施

價格波動范圍的影響。應(yīng)對當(dāng)前近三個月鋼構(gòu)件主要市場價格進行分析比對，仔細(xì)分析研究市場走勢，當(dāng)遇到國家政策調(diào)整、國家財政政策性變動、原材料供應(yīng)市場、國際材料市場供需變化等均會造成市場價格波動，密切關(guān)注大型生產(chǎn)基地，對材料供應(yīng)方進行實地詢價，確保主要材料在投標(biāo)時不會出現(xiàn)較大的波動，合理進行預(yù)判及調(diào)整，以避免在施工中出現(xiàn)價格上漲導(dǎo)致延誤制作和安裝，減少利潤甚至虧損。

噴射防火涂層施工的影響。鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵是防腐防火涂料的涂刷及工藝檢測，施工質(zhì)量的好壞直接影響建筑外形美觀，由于涂層不合格導(dǎo)致復(fù)工，增加總造價。通常在鋼結(jié)構(gòu)細(xì)化環(huán)節(jié)會詳細(xì)說明具體做法及要求，質(zhì)量檢測合格標(biāo)準(zhǔn)在實際中是有著嚴(yán)格的要求[3]：一是涂層噴射要求。防火防腐涂料、外加劑的生產(chǎn)日期、規(guī)格、型號符合圖紙標(biāo)準(zhǔn)要求，進場一定要檢查產(chǎn)品三證：產(chǎn)品合格證、產(chǎn)品質(zhì)量合格文件和檢驗報告。二是涂裝基礎(chǔ)層。噴射涂裝前，表面應(yīng)進行除銹噴砂噴丸處理，外表面進行除銹，經(jīng)檢測符合除銹標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計圖紙要求，外表面進行噴砂或噴丸處理后，鋼構(gòu)件表面光滑細(xì)膩，絕對禁止處理后仍出現(xiàn)氧化皮、油污、焊熘等。三是關(guān)于噴砂厚度、涂層厚度、涂層質(zhì)量等均應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要求。

6 鋼結(jié)構(gòu)人機成本分析

組裝部件的制作中，人工費所占比例較大，市場波動也大，對內(nèi)部人工費標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)企業(yè)定額進行合理調(diào)配，普工、特工、高級工合理搭配。不同工種、不同設(shè)備、不同工藝、不同部位工資拉開檔次。人工費適當(dāng)考慮一些津貼、加班補貼、高溫津貼、緊急雨季防護費、職工福利費、勞保費等，并且鋼結(jié)構(gòu)施工單位有自己的標(biāo)準(zhǔn)，測算時考慮一定的幅度，人事部門還應(yīng)該考慮當(dāng)前市場人工費價格，對多年工作的老職工增加一定的補助，適當(dāng)引入學(xué)徒制，減少人工費的支出，合理控制人工費。

機械費在實際中變化很大，分別考慮機械租賃，還是自有，特別是機械租賃，合理安排機械使用，盡可能減少臺班數(shù)，適當(dāng)三班倒或兩班倒，增大機械使用效率。實際分析造價控制時需要考慮分?jǐn)傔@部分租賃費用和使用費用，而鋼結(jié)構(gòu)吊裝等施工企業(yè)本身具有齊全的機械設(shè)備，具體操作時每天都非常清楚費用的花費，特別是維護費、保養(yǎng)費等都適當(dāng)攤銷在相關(guān)費用內(nèi)。

[1]劉冰,高歌.空間鋼框架節(jié)點高溫下的有限元分析.施工技術(shù),2014（27）:45-49.

[2]江雪玲，魏德敏.鋼結(jié)構(gòu)高溫響應(yīng)影響因素的研究.防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報,201（1）:111-115.

[3]王傳倫,鄭偉.淺談輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房工程造價的控制.財務(wù)與審計,2010(5):72-73.