【毕业论文设计】浅谈钢结构的耐火保护

1、浅谈钢结构的耐火保护摘要：钢结构是现代建筑工程中较普通的结构形式之一。 我国是最早用铁制造承重结构的国家，远在秦始皇时代（公元 前246-219年），就已经用铁做简单的承重结构，而西方国家 在17世纪才开始使用金属承重结构。公元3-6世纪，聪明勤 劳的我国人民就用铁链修建铁索悬桥，著名的四川泸定大渡 河铁索桥，云南的元江桥和贵州的盘江桥等都是我国早期铁 体承重结构的例子。关键词：钢结构结构耐火我国虽然早期在铁结构方面有卓越的成就，但由于2000多年的封建制度的束缚，科学不发 达，因此，长期停留于铁制建筑物的水平。直到19世纪末， 我国才开始采用现代化钢结构。新中国成立后，钢结构的应 用有了很大

2、的发展，不论在数量上或质量上都远远超过了过 去。在设计、制造和安装等技术方面都达到了较高的水平， 掌握了各种复杂建筑物的设计和號工技术，在全国各地已经 建造了许多规模巨大而且结构复杂的钢结构厂房、大跨度钢 结构民用建筑及铁路桥梁等，我国的人民大会堂钢屋架，北 京和上海等地的体育馆的钢网架，陕西秦始皇兵马佣陈列馆 的三钱钢拱架等。1钢结构的优点。11钢结构的重量轻，虽 然钢的比重大，但因其机械性能很好，可以承受较大的荷载, 故钢结构件截面尺寸小，同样跨度同样荷载时，钢屋架的重 量最多不过钢筋混凝土屋架的1/4或1/3,钢结构的重量小, 便于运输。1.2.材质均匀，与力学计算的假定比较符合，钢 材

3、内部组织比较均匀，按近于各向同性体，而且在一定的应 力幅度内几乎是完全弹性的。因此，钢结构的实际受力情况 与建筑力学计算的结果比较符合。1.3.钢结构制造、安装机 械化程度高。钢结构具有某种段度的技术密集型性质，钢结 构所用的材料单一，而且是成品，加工简便，机械化程度高, 建造迅速，容易保证质量，适宜于成批大量生产，从构件的 工厂加工到现场吊装，工业化程度大大高于具有劳动密集性 质的现浇钢筋混凝土结构。1.4.钢结构安装施工简便。纲结 构由专业化金属构件厂生产构件（梁、屋架、柱等），在工地 上用电焊或螺栓（或高强螺栓）连接起来，施工安装简便迅速, 提高施工速度，已成为降低工程造价的最主要因素，

4、结构造 价问题已降到次要的地位。而且，螺栓连接的钢结构便于改 造拆迁。1.5.钢结构在平面布局上的灵活性，则是另一重要 特点。在信息时代的今天，对室内平面，空间和内部设施的 要求更加严格了。原先的布局和设备，不久就可能变成不太 适用或完全不适用，钢结构却可为平面重新布局提供更大的 可能性，从而延长建筑物的使用寿命。钢结构虽然有这么多 优点，但却有一个致命的缺点：不耐火。钢材虽然是不燃材 料，但在火灾高温作用下，其力学性能如屈服强度、弹性模 量等却会随温度升高而降低，在550°c左右时，降低幅度更为 明显，一般在15分钟左右就会丧失承重能力而垮塌。国内外 钢结构建筑物的火灾案例都证明，

5、发生火灾后20分钟以内就 把建筑物烧垮，最后形成一片废墟。1973年5月天津市体育 馆火灾，1969年12月上海文化广场火灾，1972年8月北京 二七机车车辆厂纤维板车间火灾，都曝露了钢结构耐火性能 差的致命弱点。2.钢结构的耐火保护方法。由于钢结构耐火 能差，在火灾高温作用下很快失效倒塌，耐火极限仅15分钟, 若采取措施，对钢结构进行保护，使其在火灾时温度升高不 超过临界温度，钢结构在火灾中就能保持稳定性，对钢结构 采取的保护措施，从原理上来讲，主要可划分为两种：截流 法和疏导法。2.1.截流法截流法的原理是截断或阻滞火灾产 生的热流量向构件的传输，从而使构件在规定的时间内温升 不超过其临界

6、温度。其作法是构件表面设置一层保护材料， 火灾产生的高温首先传给这些保护材料，再由保护材料使给 构件。由于所选材料的导热系数较小，而热容又较大，所以 能很好地阻滞热流向构件的传输，从而起到保护作用。截流 法又分为喷涂法、包封法、屏蔽法和水喷淋法。2. 1. 1.喷涂 法喷涂法是用喷涂机具将防火涂料直接喷在构件表面，形成 保护层。钢结构防火涂料按所使用的胶粘剂的不同可分为有 机防火涂料和无机防火涂料两类，按涂层厚度分为薄涂型和 厚涂型两类，薄涂型钢结构涂料涂层厚度一般为2 7mm,有 一定装饰效果，高温时涂层膨胀增厚，具有耐火隔热作用， 耐火极限可达0. 5-1.5小时，这种涂料又称纲结构膨胀防

7、火 涂料。厚涂型钢结构防火涂料厚度一般为820mm,粒状表面, 密度较小，导热系数低，耐火极限可达0. 5 3. 0小时，这种 涂料又称钢结构防火隔热涂料。钢结构防火涂料的防火原理 有三个：一是涂层对钢基材起屏蔽作用，使钢结构不至于直 接暴露在火焰高温中。二是涂层吸热后部分物质分解放出的 水蒸汽或其他不燃气体，起到消耗热量、降低火焰温度和燃 烧速度、稀释氧气的作用。三是涂层本身多孔轻质和受热后 形成碳化泡沫层，阻止了热量迅速向钢基材传递，推迟了钢 基材强度的降低，从而提高了钢结构的耐火极限。薄涂型钢 结构防火涂料的主要品种有：lb、sg1、sb2、ss1钢结 构膨胀防火涂料。厚涂型钢结构防火涂

8、料主要品种有：lg钢 结构防火隔热涂料、stia、jg276、st86、sb1、sg2 钢结构防火涂料等。在喷涂钢结构防火涂料时，喷涂的厚度 必须达到设计值，节点部位宜适当加厚，当遇有下列情况之 一时，涂层内应设置与钢结构相连的钢丝网，以确保涂层牢 固。承受冲去振动的梁设计层厚度大于40mm寸 粘贴强度小于0. 05mpa的涂料腹板高度大于1. 5m的梁喷 涂法适用范围最为广泛，可用于任何一种钢构件的耐火保护。2. 1. 2.包封法包封法就是在钢结构表面做耐火保护层，将构 件旬封起来，其具体做法有：2. 1.2. 1.用现浇混凝土作耐火 保护层。所使用的材料有混凝土、轻质混凝土及加气混凝土 等

9、。这些材料既有不燃性，又有较大的热容量，用作耐火保 护层能使构件的升温减缓。由于混凝土的表层在火灾高温下 易于剥落，可在钢材表面加敷钢丝网，进一步提高其耐火的 性能。2. 1.2. 2.用砂浆或灰胶泥作耐火保护层。所使用的材 料一般有砂浆、轻质岩浆、珍珠岩砂浆或灰胶泥、蛭石砂浆 或石灰胶泥等。上术材料均有良好的耐火性能，其施工方法 常为金属网上涂抹上述材料。2.1.2. 3.用矿物纤维。其材料 有石棉、岩棉及矿渣棉等。具体施工方法是将矿物纤维与水 泥混合，再用特殊喷枪与水的喷雾同时向底子喷涂，构成海 绵状的覆盖层，然后抹平或任其呈凹凸状。上述方式可直接 喷在钢构件上，也可以向其上的金属网喷涂，

10、且以后者效果 较好。2. 1.2.4.用轻质预制板作耐火保护层。所用材料有轻 质混凝土板、泡沫混凝土板、硅酸钙成型板及石棉成型板等 等，其做法是以上述预制板包覆构件，板间连接可采用钉合 及粘合。这种构造方式施工简便而工期较短，并有利工业化。 同时，承重（钢结构）与防火（预制板）的功能划分明确，火灾 后修复简便且不影响主体结构的功能，因而具有良好的复原 性。2. 1. 3.屏蔽法屏蔽法是把钢结构包藏在耐火材料组成的 墙体或吊顶内，在钢梁、钢屋架下作耐火吊顶，火灾时可以 使钢梁、钢屋架的升温大为延缓，大大提高钢结构的耐火能 力，而且这种方法还能增加室内的美观，但要注意吊顶的接缝、孔洞处应严密，防止

11、窜火。2.1.4.水喷淋法水喷淋法是在结构顶部设喷淋供水管网，火灾时，自动启动（或手动）开始喷水，在构件表面形成一层连续流动的水膜，从而起到保护作用。由上述可知，这些方法的共同特点是设法减小传到构件的热流量，因而称之为截流法。22疏导法与截流法不同，疏导法允许热量传到构件上，然后设法把热量导走或消 耗掉，同样可使构件温度不至升高到临界温度，从而起到保 护作用。疏导法目前主要是充水冷却保护这一种方法。该方 法是在空心封闭截面中（主要是柱）充满水，火灾时构件把从 火场中吸收的热量传给水，依靠水的蒸发消耗热量或通过循 环把热量导走，构件温度便可保持社100 °c左右。从理论上讲）这是钢结构保护最有效的方法。该系统工作时，构件相当于 盛满水被加热的容器，象烧水锅一样工作。只要补充水源， 维持足够水位，而水的比热和气化热又较大，构件吸收