高等钢结构-抗火设计作业

钢结构防火措施及其优缺点《高等钢结构原理》钢结构抗火设计小论文系（所）：建筑工程系学号：1432055姓名：焦联洪培养层次：专业硕士2014年1月6日钢结构防火保护措施及其优缺点摘要：本文论述了火灾对钢结构的危害和钢结构杭火设计的目的与意义，介绍了4种钢结构抗火保护措施，并分析了各自的优缺点。选用目前在钢结构防火工程中运用较多的防火涂料进行论述，介绍了防火涂料的类型、选用原则、施工中的一般规定以及目前存在的一些问题。关键词：钢结构；抗火设计保护措施；防火涂料；优缺点钢结构因其强度高、质量轻、延伸性好、抗震性强和施工周期短等优点在建筑业一直是主流的结构形式之一。在高层、大跨度建筑结构中钢结构是非常理想的选择。当前，世界上最高、最大的建筑一般均采用钢结构，如北京2008年奥运会主体育场、美国的世贸中心双子塔大楼、上海金茂大厦等。但是建筑上的火灾隐患一直是困扰钢结构的难题。钢材的的耐火性能差，钢材的机械强度会随温度的升高而降低，其力学性能也会随之迅速下降，使其很快失去支撑能力，导致建筑物垮塌，当温度为时，钢材屈服强度降至室温下强度的一半，温度达到时，钢材基本丧失强度和刚度。所以，当建筑钢结构无防火保护时，一旦发生火灾，结构很容易遭到破坏，因此对钢结构进行防火保护研究具有重要的意义。1钢结构抗火设计的目标、意义和选用原则钢结构抗火设计的目标是使结构构件的实际耐火时间大于或等于规定的耐火极限。以便延长被困人员的逃生时间，为消防人员的扑救工作赢得宝贵的时间，减少财产的损失。通过合理的抗火设计，减轻结构在火灾中的破坏,避免结构在火灾中局部倒塌造成灭火及人员疏散困难；避免结构在火灾中整体倒塌造成人员伤亡；减少火灾后结构的修复费用,缩短灾后结构功能恢复周期,减少间接经济损失.选用钢结构防火保护措施应遵循安全可靠、经济实用原则，并考虑的条件包括：①在要求的耐火极限内能有效地保护钢构件；②防火材料应易于与钢构件结合，并对钢构件不产生有害影响；③当钢构件受火产生允许变形时，防火保护材料不应发生结构性破坏，仍能保持原有的保护作用直至规定的耐火时间；④施工方便，易于保证施工质量；⑤防火保护材料不应对人体有毒害。2钢结构防火保护措施及其优缺点钢结构防火保护方法有：充水冷却法、砌筑耐火砖、浇铸混凝土、涂敷防火涂料、包敷防火板，所有抗火措施的基理都为降低热量的传递速度或者带走热量，进而可以推迟钢结构的建筑温升和强度变弱的时间。2.1充水冷却法钢结构的充水冷却，就是往空心的封闭柱中充满水，当出现火灾的时侯，构件就会将从火中吸收来的热量传给柱中的水，再通过水的蒸发来消耗热量或者通过循环将热量导走，这样的构件温度是可以保持到100℃左右。发生火灾时，钢柱内的水被加热而上升，水箱冷水流下产生循环，水的循环将火灾产生的热量带走，以保证钢柱不会升温过高而丧失承载能力。优点：利用已有的水箱等设备，节省材料及空间，减少碳足迹，实现可持续发展。缺点：为了防止钢结构生锈，须在水中掺入专门的防锈外加剂，冬天如需防冻，还要加人防冻剂。2.2浇筑混凝土或砌筑耐火砖钢构件的四周被外包混凝土或砌筑砌体完全封闭，能起到非常好的防火作用。外包材料密度较大，硬度高，材料采用砌筑方式施工，外表面用水泥（或石膏）砂浆粉刷。常用的块状材料有各种粘土砖、粘土空心砖、加气混凝土砌块、陶粒空心砌块等。优点：强度高，耐冲击。缺点：占用空间较大，且重量大，如若用C20混凝土保护钢柱，其厚度需5-10mm才能达到1.5-3h的耐火极限。施工也较麻烦，特别在钢梁、斜撑上，施工十分困难。2.3采用耐火轻质板材作为防火外包层将表面平整的防火材料板采用机械方法环绕固定在钢构件的四周，一般做成箱状，将构件和周围火环境隔离，以达到降低构件的受热速度。防火板分为防火薄板和防火厚板。防火薄板主要有水泥压力板、普通硅酸钙板、纸面石膏板等，其特点是密度大、导热系数大。一般用于装饰作用，防火效果不明显。防火厚板主要有轻质硅酸钙板、膨胀蛭石板等，特点是密度小、导热系数小。能起到很好的防火效果。优点：重量轻、强度高、隔热性好、耐高温、尺寸稳定、耐久性好、易加工、无毒无害、装饰性好。防火板由工厂加工，厚度一致、表面平整、装饰性好，施工为干作业。缺点：对于结构复杂的细部施工较困难，装配速度较慢。2.4涂抹防火涂料钢结构防火涂分为料膨胀型（B类）和非膨胀型（H类）。膨胀型型防火涂料主要有涂层在7mm以下普通型和涂层在3mm以下超薄型，它的特性是遇火膨胀，形成多孔碳化层；非膨；胀型型防火涂料主要有用于湿法喷涂的蛭石、珍珠岩等绝热骨料和用于干法喷涂的以矿物纤维为主的绝热骨料，它的特性是遇火不膨胀，具有良好的隔热效果将防火涂料涂覆于钢材表面是目前钢结构防火保护使用最多的方法。优点：施工简便、重量轻、时间长，而且不受钢构件几何形状限制，具有较好的经济性和实用性。喷涂法具有造价较低、施工快速、复杂的细部亦容易覆盖，并可形成装饰层。缺点：由于涂层厚度难以掌握，喷涂表面不平整，影响美观。2.5防火措施的优缺点通过对比上述分析可以知道每种抗火措施都有各自的优缺点：充水冷却法：钢结构的直处在潮湿的工作环境中，因此要考虑钢材的耐锈蚀性；在较寒冷的地区为防止水结冰，还要加人防冻剂。结构一直处在一个不利的环境中。浇筑混凝土或砌筑耐火砖：占用空间较大，且重量大，不利于结构抗震，而且材料的利用率较低，因为在火灾下可能由于某些构件的破环导致整个结构的破坏，很多材料未充分利用就丧失作用；施工也较麻烦，特别在钢梁、斜撑上，施工十分困难，造价成本高。耐火轻质板材作为防火外包层：对于结构复杂的细部施工较困难，例如当管线贯通板材时，管线与龙骨以及管线与板材相交处的缝隙必须用耐高温粘结剂嵌缝；同时考虑与其他结构构件的相互连接，装配速度较慢。涂抹防火涂料：对操作技术要求较高，涂层厚度难以掌握，喷涂表面不平整，影响美观。运用防火涂料进行防火目前的主流，在工程运用的最多。下面简要介绍防火涂料在实际工程中的运用。3防火涂料在钢结构工程中的应用3.1钢结构防火涂料的分类1）厚涂型钢结构防火涂料，是指涂层厚度在8-50mm的涂料。在火灾中涂层不膨胀，依靠材料的不燃性、低导热性或涂层中材料的吸热性，延缓钢材的升温，保护钢件。与其他类型的钢结构防火涂料相比，除了具有水溶性防火涂料的一些优点之外，其成本比较低廉。该类钢结构防火涂料施工一般采用喷涂，多应用在耐火极限要求2h以上的室内钢结构上。2）薄涂型钢结构防火涂料，涂层厚度在3-7mm的钢结构防火涂料称为薄涂型钢结构防火涂料。该类涂料受火时能膨胀发泡，以膨胀发泡所形成的耐火隔热层延缓钢材的升温，保护钢构件。该涂料一般分为底层和面层，其装饰性比厚涂型好，施工采用喷涂，一般使用在耐火极限要求不超过2h的建筑钢结构上。3）超薄型钢结构防火涂料，是指涂层厚度不超过3mm的钢结构防火涂料，这类防火涂料受火时膨胀发泡，形成致密的防火隔热层，是近几年发展起来的新品种。与前两种防火涂料相比，超薄型膨胀钢结构防火涂料黏度更细、涂层更薄、施工方便、装饰性更好。在满足防火要求的同时又能满足高装饰性要求，特别是对裸露的钢结构，这类涂料是目前备受用户青睐的钢结构防火涂料。由于该类防火涂料涂层超薄，从而降低了工程总费用，又使钢结构得到了有效的防火保护，是目前市场上大力推广的品种。3.2钢结构防火涂料的选用原则（1）裸露的结构、振动大的结构、装饰要求高的结构、断面小的结构，当耐火在1.5小时以下时，宜选用薄型涂料。（2）隐蔽结构、高层建筑结构，当耐火极限在1.5小时以上时，宜采用厚型涂料。（3）不要把技术性能满足室内要求的涂料用于室外工程。（4）不要轻易把用于木结构的饰面型防火涂料用于钢结构。3.3钢结构防火涂料的施工的一般规定（1）钢结构表面应根据使用要求进行除锈防锈处理。（2）无防锈涂料的钢表面，防火涂料或打底料应对钢表面无腐蚀作用；涂防锈漆的钢表面，防锈漆应与防火涂料相容，不会产生皂化等的不良反应。（3）施工过程中环境温度宜保持在5-38℃，施工时环境相对湿度不宜大于90%，空气应流通，当构件表面有结露时，不宜作业。（4）涂层厚度、颜色、外观应符合设计规定。（5）无漏涂、明显裂缝、空鼓现象。（6）涂层的平均厚度不应小于设计值，涂层的最小厚度不应小于设计值的85%。4结束语本文中主要介绍了4种防火保护措施，各种防火保护措施在工程应用中都有各自的优缺劣，在选用具体的措施时，应根据实际工程设计要求及施工环境来确定。涂抹防火涂料是最常用的方法，具体采用何种类型的防火涂料需结合施工工艺和外观要求，且要符合上述选用原则和涂料施工的一般原则。另一方面防火涂料在工程应用中也存在一些安全性、耐久性等问题。在以后的研究中，应不断完善和灵活应用各种防火保护措施，充分发挥各种保护措施的作用，以实现在达到钢结构防火的目标时，保证建筑的安全性、耐久性、适应性等要求。参考文献：[1]邓香超,缪彤彤.钢结构防火保护措施设计及其应用[J].工程与建设,2014,28(3):343-345.[2]李国强.钢结构抗火设计方法的发展[J].钢结构,2000,15(3):47-49.[3]王玲玲,李国强,王永昌.钢结构防火涂料应用的若干