钢铁冶金企业钢结构厂房的防火设计

1、 钢铁冶金企业钢结构厂房的防火设计杨重楠(摘钢铁冶金企业设计防火规范。关键词:钢结构防火设计防火规范FIREPR OOF DESIGN OF STEE L MI LL BUI LDING S FORFERR OUS META LL URGICA L ENTERPRISESY ang Chongnan Le Jialong(Capital Engineering &Research Inc. Ltd Beijing 100053Abstract :I t is introduced that the fireproof design of steel mill buildings for

2、 ferrous metallurgical enterprises and the national standard “Fireproof C ode for Design of Ferrous Metallurgical Enterprises ”that will be published in the near future. K eyw ords :steel structure fireproof design fireproof code第一作者:杨重楠男1966年7月出生高级工程师收稿日期:2005-06-20中冶京诚工程技术有限公司与首安工业消防股份有限公司共同编制的钢铁冶

3、金企业设计防火规范, 这是一部新的防火规范, 解决了多年来冶金企业防火设计的重大问题, 为冶金厂房防火设计提出了新的标准和思路。下面介绍一下编制情况和体会。1介绍冶金企业设计防火规范编制与体会111钢铁冶金企业钢结构厂房的特点近年来, 我国钢铁冶金行业迅猛发展, 钢结构这种建筑结构形式以其自重轻、强度高、施工周期短等特有的优势被广泛应用于我国钢铁冶金企业的大型厂房及各类建(构 筑物中。这些钢结构厂房具有如下特点:建筑面积大、跨度大、高度高。如某厂热轧(单层丁类 厂房为钢结构, 高20m , 宽30m , 长800m 。又如上海宝钢集团的一、二期工程的大型厂房采用钢结构, 最大的车间柱高50m

4、, 厂房面积达2214万m 2; 无缝钢管厂跨度和柱距最大48m , 最多的连跨为8跨。厂房内存在生产性热源(如高温铁水、钢坯等 , 在生产中大量使用电气设施, 有的多道加热工序, 使用各类可燃物, 如重油、润滑油、煤气、氢气等。工程管网、电缆、桥架等较多。钢结构厂房的局部完整性有时会受到破坏影响。工艺线连续且长度长, 大型设备多。鉴于钢铁冶金企业流程性生产及节约能耗的要求, 一般独立的工艺厂区建筑结构连体成片, 生产机器设备布置较密集。112冶金企业钢结构厂房的防火设计现状目前, 我国钢铁冶金企业中钢结构厂房防火设计存在以下几方面问题:在高温作业区, 一般情况下工艺设计均做了耐高温和防火处理

5、, 但是由于以往规范规定不清, 没有确凿的标准可依, 各企业设计水平存在着参差不齐的情况, 有些工厂甚至缺乏必要的防护。丁、戊类厂房基本未作防火保护措施, 但是由于面积大、跨度大等原因, 厂房内常有高温作业区, 导致业主、设计单位和消防审查部门之间争议不断, 且没有明确的执法依据。其他钢结构建筑的防火状况也是不尽理想, 有的使用甲、乙、丙类液体、可燃气体的建筑并没有进行应有的防火保护措施, 有的又重复设置消防系统, 导致投资浪费。由于钢铁冶金企业没有专门的防火设计行业标准, 其防88Industrial C onstruction V ol 135,N o 112,2005工业建筑2005年第

6、35卷第12期 火设计仍然主要参照一些相关领域的规范如:建筑设计防火规范(G B J 16 、火力发电厂与变电所设计防火规范(G B 50229 等, 难以体现我国钢铁冶金企业的特点。由此导致了钢铁冶金企业厂房真正重点的防火部位不明确, 不能采取有效的方式预防火灾事故的频繁发生, 另一方钢铁冶金企业的部分消防工程投资较大, 但所采取的消防设施却不能对症下药, 火灾事故仍然频繁发生。2钢结构的耐火性能钢材虽然是一种不燃建筑材料, 其耐火性能却是很差的。由于钢材的导热系数大, 比热小, 在未进行防火处理的情况下, 其本身虽然不会起火燃烧, 但在火灾高温作用下, 其力学性能如屈服强度、身温度就可达到

7、, 600时, 强度几乎等于零。因此, 在纵向压力和横向压力作用下, 钢结构不可避免的扭曲变形, 垮塌毁坏。普通建筑用钢(中国国家标准碳素结构钢(G B700-80 和低合金结构钢(G B1591-1994 要求的Q235、Q345钢等 在全负荷的情况下失去静态平稳定性的临界温度为540左右。一般在300400时, 其强度开始迅速下降, 到500左右, 其强度下降到40%50%。钢材的力学性能, 诸如屈服点、抗压强度、弹性模量以及荷载能力等都迅速下降, 低于建筑结构所有初对裸漏钢梁的耐火极限进行了验证, 确认了136b 、140b 标准工字钢梁的耐火极限分别为15min 、16min 。因此,

8、 若用没有防火保护的普通建筑用钢作为建筑物承载的主体, 一旦发生火灾, 则建筑物存在迅速坍塌的风险, 对人民的生命和财产构成严重威胁。例如,1990年英国一幢多层钢结构建筑在施工阶段发生火灾, 造成钢梁、钢柱和楼盖钢桁架的严重破坏;1996年江苏省昆山市的一轻钢结构厂房发生火灾,4320m 2的厂房烧塌。这些事例充分说明钢结构防火问题是相当重要的。3目前国内相关标准规范的规定及存在的问题建筑防火设计规范(G B J16-87 (2001年版 (以下简称“建规”第21015条规定:二级耐火等级建筑的屋顶如采用耐火等级不低于015h 的承重构件有困难时, 可采用无保护层的金属构件。但甲、乙、丙类液

9、体火焰能烧到的部位, 应采取防火保护措施。311“建规”第31211条规定一、二级耐火等级(单层 的丁、戊厂房的防火分区面积不限;“建规”第71218条规定:二级耐火等级的丁、戊厂(库 房的柱、梁均可采用无保护层的金属结构。按照“建规”表21011“建(构 筑物燃烧柱性能和耐火等级”的规定, 钢结构的建(构 筑物是不能达到二级耐火等级要求的, 因此需要按照相应的耐火等级进行防火分区, 并采取防火保护措施, 但是钢铁冶金企业这种工艺流程性生产, 对主厂房进行防火分区是难以实现的。312其他防火设计规范的相关规定在火力发电(站 厂与变电所设计防火规范(修订稿 有如下规定:第310110条规定:当运

10、煤建筑采用钢结构且设置自动喷水灭火系统或水喷雾灭火系统时, 承重构件可不采取防水保护;第310110条规定; 当干煤棚或室内贮煤场采用钢结构时, 如采用内火极限不低于015h 的承重构件有困难时, 可采用无保护层的金属构件, 但其根部范围的承重构件应采取有效的防火保护措施, 1h 。, , , 80m 和1998年建成10316m ,长度120m 。由于火, 钢结构构件较多, 且煤场的自燃现象虽然普遍存在, 但是其自燃的火焰高度一般为015m 110m 左右, 不足以威胁到上部的钢结构。因此规范修订稿根据火电厂生产特点科学地对其防火进行了上述明确的规定, 对钢铁冶金企业的防火规范有一定的借鉴作

11、用。313目前钢铁冶金企业钢结构厂房防火设计要解决的问题丁、戊类钢结构厂房防火分区面积与工艺要求的矛盾, 我国钢铁冶金企业的生产设备向现代化、连续化的方向发展, 建成了大型的烧结机、现代化高炉、转炉、冷热连轧生产线、薄板坯连铸生产线等先进生产线, 而且很多钢铁企业都采用了这些新的生产工艺, 如某三期、某三炼钢、某薄板坯连铸连轧、某超薄板带和某1780热轧生产线等, 这就要求有一个明确的防火设计思路和规定。而如果按照“建规”的相关规定, 需要对炼钢、炼铁等主厂房进行防火分区。这会导致生产工艺流程的不顺畅以及成本和能耗的大幅度增加, 甚至还会造成生产无法进行以及不能进行改、扩建等问题。从多年的钢铁

12、企业钢结构厂房消防经验及国内外大量火灾案例分析统计情况来看, 钢铁各主厂房由于没有进行防火分区而导致火灾发生和扩大的案例很少。丁、戊类钢结构厂房防火措施的经济合理性问题:目前, 钢结构厂房采用的防火保护有多种方法, 例如:钢结构防火涂料保护、防火板保护、混凝土防火保护、柔性卷材防火保护、耐火钢、结构内通水冷却等。我国钢铁冶金企业厂房的钢结构防火主要是采用涂刷防火涂料等方法, 但涂刷防火涂料无论从经济性、可操作性和适用性上来说均存在一定问题。首先, 涂刷防火涂料会大大增加建设投资费用, 在本规范还未编制完成前, 按照现有的一些相关标准或规范, 需要对钢结构整体进行全部涂刷防火涂料, 其费用相当高

13、, 如某钢铁集团热轧厂钢结构预算涂刷防火涂料的费用达到几千万, 而且还不包括后期的维护费用等; 其次, 要达到预期的防火效果, 必须保证防火涂料的涂刷厚度, 但是在施工验收过程中很难保证和检验防火涂料的涂刷。此外, 防火涂料存在着使用期限的问题, 由于是在工业场所, 油气、烟气等作用明显, 在涂刷一定时间后, 就会出现老化脱落的现象, 需要定期重新涂刷, 费用不断增加; 最98钢铁冶金企业钢结构厂房的防火设计杨重楠, 等 后, 有些防火涂料本身就存在阻燃性能差的特点, 一旦涂刷在高温的环境中反而易引发火灾。因此, 丁、戊类厂房大面积进行防火保护是需要认真考虑的问题。4丁、戊类钢结构厂房的科学计

14、算与论证411模拟计算新规范针对丁、戊类钢结构厂房问题, 进行了大量调研、科学计算和专家论证, 基本形成共识。例如, 采用火灾动力学模拟软件FDS 对某一个热轧厂房内粗轧机区域进行了火灾危害性分析, 计算中火灾场景设定为轧辊润滑油泄漏引起的火灾。计算结果表明:热轧厂房内主要火灾危险部位为轧机本体及机架; 火灾情况下, 520上, , 强度损失很小, 。根据这一计算, 可不对丁、戊类厂房整体的钢结构厂房进行涂刷防火涂料。对于钢结构防火所采取的措施要从防火的安全性和经济的合理性两方面进行科学的分析和比较。另一方面, 对钢结构厂房的防火问题, 还需充分考虑钢铁企业中的环境因素、生产工艺因素等问题。经

15、多方面的调研、论证后, 在钢铁冶金企业设计防火规范中,31017条对丁、戊类厂房或库房的防火要求作出了明确规定:“丁、戊类厂房或库房中的承重构件为钢结构时, 可不采取防火保护措施, 防火分区应根据工艺要求划分, 面积可不限; 但对使用甲、乙、丙类液体或可燃气体的建(构 筑物, 应采取防火保护措施。这些部位装设自动灭火设备时, 构件可不采取防火保护措施”。同时, 针对钢铁冶金行业高温作业的特点, 为了防止钢结构厂房中高温辐射、铁水、铁渣等由于事故影响厂房建(构 筑物, 本规范作了进一步的规定, 第512117条规定“在有高温辐射烘烤、轧件和机械的冲击负荷以及大量油、酸、碱腐蚀等破坏作用的厂房建(

16、构 , 必须采取相。(, 。过跨车(包、渣罐、铁水罐、红锭、钢坯、钢锭模冷却车等 及车间内其他类似电动车辆的厂房、柱、楼板或平台柱的外表面应不小于018m , 且柱子和楼板还应包敷防热层隔热”。新规范经过大量的调研和论证, 广泛征求了有关设计、生产、消防研究机构、大专院校和消防监督等部门和单位的意见后, 从防火安全性和经济合理性两方面进行科学的分析, 在钢铁冶金企业设计防火规范中提出了符合钢铁冶金行业的特点的钢结构防火设计规定, 保证了钢铁冶金企业钢结构厂房的消防安全。(上接第26页胀裂缝开展速度, 而且锈胀裂缝不会有较长的发展, 被裂缝分割的表层混凝土中产生的不均匀应力加速了局部破坏。因此,

17、 受压区混凝土锈胀破坏模式大都表现为边角混凝土的剥落和局部混凝土的层状剥落。4 压应力的存在, 大大加剧了由于钢筋锈胀而引起的周围混凝土的应力不均匀情况, 但是, 并没有改变这种不均匀应力的分布形式。周边混凝土平均拉应力的峰值点出现位置仍然是由保护层厚度、钢筋直径、钢筋间距等物理量确定。参考文献1Bazant Z P. Physical for S teel C orrosion in C oncrete Sea S tructures Application.Journal of S tructural Division ,1979,105(6 :1155-11662洪定海. 华南海港钢筋混

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