龍濤

（中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北武漢 430000）

0 引言

目前，在我國的建筑行業(yè)領(lǐng)域，鋼結(jié)構(gòu)建筑的應(yīng)用越來越廣泛，與此同時(shí)，因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)相對于其他建筑來說具有非常好的強(qiáng)度，而且經(jīng)濟(jì)環(huán)保施工的周期也相對較短，墻體耐腐蝕性以及抗震性能非常優(yōu)良，符合我國當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需要，更加契合了我國的可持續(xù)發(fā)展策略，所以在建筑設(shè)計(jì)過程中，對于鋼結(jié)構(gòu)的保護(hù)也是同樣重要的。

1 鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能與耐火極限

鋼結(jié)構(gòu)耐火試驗(yàn)溫度是在各種國際耐火構(gòu)件溫度極限試驗(yàn)中，能抵抗火災(zāi)到到構(gòu)件失去穩(wěn)定性或者完整性的抵抗最高溫度的時(shí)間。

通常情況下，建筑的鋼材本身并不會(huì)著火，但是新型鋼材在著火之后，受室內(nèi)溫度的影響非常大，在250℃以下，鋼材的耐溫性就會(huì)明顯下降，鋼材的耐溫性和沖擊韌性明顯下降，超過300℃時(shí)屈服點(diǎn)和外部溫度極限點(diǎn)的沖擊強(qiáng)度略有下降。在建筑火災(zāi)的情況下，當(dāng)荷載高速移動(dòng)時(shí)，在失去一定溫度平衡后溫度穩(wěn)定的建筑火災(zāi)中，鋼結(jié)構(gòu)建筑材料板的臨界溫度一般穩(wěn)定在500℃左右，而一般大型建筑火災(zāi)中的臨界溫度一般可高達(dá)800～1000℃。因此，火災(zāi)發(fā)生后，一些高溫下的鋼結(jié)構(gòu)可能會(huì)迅速開裂，局部發(fā)生塑性變形，導(dǎo)致一些整體局部塑性破壞，很可能會(huì)引發(fā)重大火災(zāi)。

2 建筑鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

建筑中的鋼結(jié)構(gòu)雖然可以有效防止鋼筋混凝土材料的彎曲和拉伸，但其鋼結(jié)構(gòu)不容易耐高溫。隨著空氣和溫度的變化，鋼材的彈性和強(qiáng)度也減弱，膨脹系數(shù)逐漸增大和上升?？梢钥闯觯ㄖ袖摻Y(jié)構(gòu)的彈性和強(qiáng)度隨著空氣和溫度的升高而降低，但材料的柔韌性得到提高。一般來說，如果建筑物中的鋼結(jié)構(gòu)在售火候溫度達(dá)到了600℃，那么這種鋼材的強(qiáng)度就會(huì)降低為零，也就是說，鋼結(jié)構(gòu)的承載力和性能都會(huì)完全消失，最后導(dǎo)致建筑物倒塌的結(jié)果，如果鋼結(jié)構(gòu)的外部沒有得到很好的保護(hù)，那么這些材料的受火極限時(shí)間大約只有15min，與其他建筑的耐火極限標(biāo)準(zhǔn)有很大不同。

3 鋼結(jié)構(gòu)防火防護(hù)措施

實(shí)際上，鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件相對于木材來說，耐火性很強(qiáng)，但是對于其他耐火材料相比的耐火性較差。在使用的過程中如果不采取相應(yīng)的防火措施，加上起火溫度的影響，很容易讓建筑物垮塌，很大程度上會(huì)增加救援的困難，增大了救援的危險(xiǎn)。因此，在發(fā)展建造鋼結(jié)構(gòu)的建設(shè)中，要能夠認(rèn)真的研究和設(shè)計(jì)具有針對性可行性的防火對策。我們需要結(jié)合實(shí)踐進(jìn)行理論的應(yīng)該，制定相應(yīng)的防火策略，推行和利用建筑結(jié)構(gòu)防火技術(shù)。首先，從材料的選擇上需要使用保溫或吸熱的材料，對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)，從而防止火焰直接燃燒到鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，為鋼結(jié)構(gòu)與火焰提供一層屏障，使火焰的溫度降低向鋼的傳熱速度，延緩鋼結(jié)構(gòu)的受熱情況。

在以前防火防護(hù)技術(shù)中，我們一般使用最多的方法有以下幾個(gè)：

第一種方法是在鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)建上涂抹混凝土，用混凝土外層把鋼構(gòu)件緊緊地包裹起來，這種防火措施較為簡單，而且混凝土的獲取途徑也非常廣泛，并且凝固后的混凝土加鋼構(gòu)件非常堅(jiān)固，雖然混凝土包裹剛構(gòu)建的方法不會(huì)因?yàn)樵诨馂?zāi)情況下有破損，但是因?yàn)榛炷涟鼧?gòu)建起來的保護(hù)層非常厚，而且質(zhì)量大，也導(dǎo)致施工成本增加，所以不建議使用這種方式防火。

還有一種應(yīng)用較為廣泛的方法，那就是設(shè)立擋火屏障。在實(shí)際生活中表現(xiàn)為，用防火磚等一系列防火材料作為屏障，防止火情的蔓延，并且在火情來臨之際，將大型的鋼構(gòu)件用防火材料包住，防止火焰的輻射，并且將一系列的鋼架結(jié)構(gòu)處于一個(gè)受保護(hù)的地位，將它們與火情分隔開，這樣就能夠保護(hù)鋼架結(jié)構(gòu)，避免直接暴露于火情之中。這種方法雖然較為有效，但是其方法操作不太靈活，因此也不是較為理想的應(yīng)用方法。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)圖析

在目前的建筑中，很多建筑應(yīng)用降溫來達(dá)到滅火的目的。他們充分利用鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部的空心的那部分的空間，在里面填充水，利用水的吸熱性能。其實(shí)這種結(jié)構(gòu)類似于冰箱的冷卻管，這種方法真實(shí)有用，據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)表示，這種方法可以有效減緩升溫速度，對滅火十分有效。但是這種方法，僅僅能夠應(yīng)用于特殊部件，并且該結(jié)構(gòu)需要蓄水池到一系列外援設(shè)備，并且需要的條件較為復(fù)雜，成本較為高，在處理生活中并不是很理想的方法。

在目前的生活中，鋼結(jié)構(gòu)在建筑行業(yè)受到了廣泛的好評(píng)，于是其應(yīng)用范圍也越來越廣。防火性能——這一廣受關(guān)注的一種性能，也越來越受到大家的重視。目前，科學(xué)家們通過嚴(yán)密的觀察以及一些設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)等，參考了傳統(tǒng)的過程中鋼的保護(hù)技能的原理，他們開發(fā)了鋼結(jié)構(gòu)噴射保護(hù)系統(tǒng)以及防火涂料這兩項(xiàng)鋼結(jié)構(gòu)的保護(hù)技術(shù)。

鋼結(jié)構(gòu)噴射保護(hù)系統(tǒng)，實(shí)際上是在鋼結(jié)構(gòu)上面噴射五級(jí)的防火材料。一般情況下，無機(jī)材料的附著效果很好，也就是不容易脫落。大多數(shù)材料都具有低密度，低導(dǎo)熱的絕佳性能。也就是說，在溫度很高的火場中，它能夠保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)并且使之厚度幾乎保持不變，這種材料能夠極大地保護(hù)鋼材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，由于這項(xiàng)技術(shù)出色的表現(xiàn)，這種技術(shù)常常被應(yīng)用在高精密材料的保護(hù)之中。

在目前的現(xiàn)代生活中，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也在防火材料中體現(xiàn)，現(xiàn)在市場上的防火材料有兩種：①膨脹型防火涂料，它是一種超薄型的防火涂料，顧名思義，它的應(yīng)用過程中是被涂成一層很薄的涂料。其基原料組成的有機(jī)體會(huì)在遇到火時(shí)，膨脹成為比自身大好幾倍的多孔層，如果能夠?qū)⑺鼞?yīng)用到鋼結(jié)構(gòu)的防火，那么會(huì)極大地提升鋼結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)；②非膨脹型的防火材料。非膨脹型防火涂料，根據(jù)名字我們就可以知道，是一種不會(huì)膨脹的材料。它是一種無機(jī)的不導(dǎo)熱的材料，具有很好的不導(dǎo)熱的性能，如果應(yīng)用在鋼結(jié)構(gòu)上，也能夠大大提升鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能，從而增加鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性。這兩類材料的出色防火性能的表現(xiàn)，深得廣大設(shè)計(jì)師的青睞，也在鋼結(jié)構(gòu)上得到了實(shí)際的應(yīng)用，在建筑行業(yè)擁有一席之地。防火涂料就這樣與鋼結(jié)構(gòu)不分離，成了不可分割的一部分。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)解剖

4 結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)本身的優(yōu)越性很高，正是由于這份優(yōu)越性使人們著迷，隨著人們對他的工作展開，這一神秘領(lǐng)域也被人們解開他的面紗，同時(shí)也給人們帶來了很多方便。我們有理由也有自信相信，在不久的未來，鋼結(jié)構(gòu)的一系列發(fā)現(xiàn)將會(huì)造福全人類，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的提升，人們對鋼結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品的廣泛需求，鋼結(jié)構(gòu)的探索得到前所未有的發(fā)展。鋼結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品在現(xiàn)代生活中應(yīng)用越來越廣泛，通過其優(yōu)異的性能，在不久的未來，在建筑行業(yè)其能夠撐起一片新的天地。