钢结构建筑存在问题及防火保护措施

钢结构建筑存在问题及防火保护措施1、引

言

钢构造作为现代建筑的一种主要形式，具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工周期短、建筑工业化程度高、空间利用率大等优点，为建筑的优化设计供应了相当大的空间，为企业节约了大量的投资，赢得了更多的利益。因此，近年来，钢构造建筑在业内得到了广泛的应用。然而，钢构造建筑耐火性能差的特点也特别明显，笔者依据当前钢构造使用广泛的实际，分析了钢构造建筑在火灾防范中存在的缺陷，提出了钢构造建筑中一些防火措施，作为钢构造建筑防火设计和重大火灾隐患整改参考。

2、钢构造的运用现状

近年来，随着经济的快速进展带来了建筑业的空前富强，一些大跨度、超高层建筑应运而生。建筑物中运用钢构造种类越来越多，厂房、桥梁、住宅、工厂、仓库、体育馆、展览馆、超市等建筑也越来越广泛运用轻钢构造。人类文化生活的不断提高，对高层、大跨度建筑的要求也就越来越高，钢构造本身具备自重轻，强度高，施工快等独特优点，因此对高层、大跨度，尤其是超高层、超大跨度，采纳钢构造是特别抱负的的选择。目前世界上最高、最大的建筑一般都是采纳钢构造，而历届奥运会的场馆也多采纳钢构造，如：世界第三高度420米的上海金茂大厦，具有国际领先水平的深圳赛格大厦72层、高度291米全部采纳钢管混凝土柱，采纳国产钢材、国内设计、施工的大连世贸中心，跨度216米的大路铁路两用低塔斜拉桥——芜湖长江大桥，上海宝钢大型轧钢厂房等。随着钢构造的进展，我国低层、多层及轻钢构造运用越来越广泛，高层及超高层和大跨度钢构造也有了较大进展。

3、钢构造建筑存在的消防安全问题。

钢构造建筑的梁、柱、屋架是建筑的骨架，它的安全性直接关系到整幢建筑的安全，它们大都采纳钢材。与其存在的优点相比拟，钢构造也存在其自身缺点，钢构造建筑耐火极限低，保温隔热性能差，简单腐蚀等。国内外钢构造建筑物的火灾案例都证明，发生火灾后20分钟以内钢构造建筑物就会被烧垮，变成一片废墟。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，都曝露了钢构造耐火性能差的致命弱点。特殊是美国“9.11”大事后，钢构造的一大致命缺陷即抗高温软化力量差的问题引起人们的普遍关注。

3.1钢构造的耐火等级较差

钢的内部晶体组织对温度特别敏感，温度的上升或者降低都会使钢材性能发生变化。总的趋势是随着温度的上升，钢材强度降低，变形增大。依据钢构件耐火试验得到钢构件的耐火极限为：

t=0.54(Ts-50)(F/V)-0.6

式中：t—耐火极限，min（分钟）；

Ts—钢构件温度，℃（摄氏度）；

F/V—构件的截面系数，等于单位长度构件的受火面积与其体积的比值，m-1。

耐火极限是指对任一建筑构件按时间-温度标准曲线进展耐火试验，从受到火的作用时起，到失去支持力量或完整性被破坏或失去隔火作用时止的这段时间。因此，常用钢构造构件的耐火极限只有15min—30min。我国20世纪90年月初对暴露钢梁的耐火极限进展了验证，确认I36b、I40b标准工字钢梁的耐火极限分别为15min、16min。

《建筑设计防火标准》GB50016-2006中，将建筑物的耐火等级划分为四级，划分的依据是组成建筑物的构件的燃烧性能和构件最低的耐火极限。未经防火爱护的钢构造建筑物的耐火等级仅为四级，不能满意火灾状况下对建筑防火的要求。钢构造适用的体育馆、剧院等重要公共建筑，标准要求应到达一、二级耐火等级；高层建筑，标准要求应为一、二级耐火等级；而丙类的工业厂房，标准要求最低的耐火等级为三级。所以，钢构造建筑物必需对钢构造进展必要的防火爱护，克制其材料实际应用中耐火性能的缺乏，到达标准对相应使用性质和建筑规模建筑物的耐火等级要求。

3.2钢构造遇高温易变形，造成建筑物倒塌

钢是含碳量小于2%的铁碳合金，碳大于2%时则为铸铁，制造钢构造所用的材料由碳素构造钢中的低碳钢及低合金钢，碳素构造钢由纯铁、碳及杂质元素组成，低合金构造钢中，除上述元素外还参加合金元素，后者总量通常不超过3%。碳是形成钢材强度的主要成分，碳含量提高，则钢材强度提高，但同时钢材的塑性、韧性、冷弯性能、可焊性及抗锈蚀力量下降。含碳量小于0.25%的为低碳钢，钢构造用钢的碳含量一般不大于0.22%，钢材虽然是不燃烧体，但就其自身耐火性能来讲，远低于砖石和钢筋混凝土，钢构造建筑具有耐火性能差这个致命弱点，在未进展防火爱护的状况下，火灾时，其强度会快速下降，约在150℃以内钢材性能没有很大的变化，在430℃—540℃之间则强度急剧下降，600℃时强度很低不能担当荷载。另外，250℃四周消失兰脆现象，约260℃—320℃时有徐变现象。在自身温度到达540℃左右时，钢材的屈服应力仅有常温屈服应力值的40%，使承载力量急剧下降，钢构造不行避开地发生变形，造成钢构造建筑物一局部或全部垮塌毁坏。一般火场温度到达800℃—1000℃，在这样高的温度下，暴露的钢构造会很快消失塑性变形，产生局部破坏，造成钢构造建筑整体倒塌。

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4、钢构造建筑的消防按防范措施

要使钢构造材料在实际应用中克制耐火方面的缺乏，必需对其进展防火处理，其目的就是将钢构造的耐火极限提高到设计标准规定的极限范围。防止钢构造在火灾中快速升温发生形变塌落，其措施是多种多样的，关键是要依据不怜悯况实行不同方法，如采纳绝热、耐火材料阻隔火焰直接灼烧钢构造，降低热量传递的速度推迟钢构造温升、强度变弱的时间等。对于钢构造的防火爱护，无论实行何种方法都应具备以下几点：(1)安全无毒；(2)易于与钢构件结合；(3)在预期的耐火极限内可有效地爱护钢构造；(4)在钢构件受火后发生允许变形时，防火爱护材料应不被破坏而仍能发挥原有的爱护作用；(5)经济合理。由于钢构造耐火性能差，在火灾高温作用下很快倒塌，耐火极限仅为15分钟，若实行措施，对钢构造进展爱护，提高耐火极限，即使钢构造在火灾中也能保持稳定性、绝热性。

4.1外包防火层法

外包防火层法就是在钢构造外表添加外包层，可以现浇成型，也可以采纳喷涂法。现浇成型的实体混凝土外包层通常用钢丝网或钢筋来加强，以限制收缩裂缝，并保证外壳的强度。喷涂法可以在施工现场对钢构造外表涂抹砂泵以形成爱护层，砂泵可以是石灰水泥或是石膏砂浆，也可以掺入珍宝岩或石棉。同时外包层也可以用珍宝岩、石棉、石膏或石棉水泥、轻混凝土做成预制板，采纳胶粘剂、钉子、螺栓固定在钢构造上。外包防火层法通常应用于钢柱，其做法有：金属网抹50#砂浆爱护，厚度为8mm，耐火极限到达0.8h；用加气混凝土作爱护层，厚度为40mm时耐火极限为1.0h，当厚度为80mm时，耐火极限能够到达2.33h；用200#混凝土作爱护层，爱护层厚度为100mm时耐火极限能够到达2.85h；用一般粘土砖作爱护层，厚度为120mm时耐火极限能够到达2.85h；用陶粒混凝土作爱护层，爱护层厚度为80mm时耐火极限能够到达3.0h。随着技术进展，用防火板作爱护层技术越来越完善，应用越来越广。防火板钢构造防火爱护主要用于耐火等级为一、二级的建筑物的钢柱、梁、楼板和屋顶承重构件，设备的承重钢框架、支架、裙座等钢构件进展包覆和屏蔽，以阻隔火焰和热量，降低钢构造的升温速率，将钢构造的耐火极限由0．25h提升到设计标准规定的耐火极限。其安装方法可采纳粘结剂或钢件(如铁钉、铁箍)固定在钢构件上，在作包覆爱护之前钢构件应先作防锈去污处理，并涂刷防锈漆。在日常施工监视检查和工程工程验收过程中，我们会发觉个施工单位为降低本钱赚取利润，在施工过程中未根据要求进展操作，甚至偷工减料，致使防火层厚度不够，建筑防火等级下降，因此，要加强这方面的监视和治理，作为建筑施工、验收检查的重要环节。

4.2防火涂料法

防火涂料法就是在钢构造上喷涂防火涂料以提高其耐火极限。目前，我国钢构造防火涂料主要分为薄涂型和厚涂型两类，即薄型（Ｂ类，包括超薄型）和厚型（Ｈ类）。薄型涂层厚度在7mm以下，在火灾时能吸热膨胀发泡，形成泡沫状炭化隔热层，从而阻挡热量向钢构造传递，延缓钢构造温升，起到防火爱护作用。其主要优点是：涂层薄，对钢构造负荷轻，装饰性较好，对小面积简单外形的钢构造外表的工比厚型要简单；厚型涂层厚度为8-50mm，涂层受热不发泡，依靠其较低的导热率来延缓钢构造温升，起到防火爱护作用。两者具有不同的性能特点，分别适用于不同场合，但是，无论那种产品均应通过国家检测机构检测合格，方可选用。

（1）防火涂料技术性能指标

厚涂型钢构造防火涂料技术性能指标：

粘性强度（Mpa）≥0.04

抗压强度（Mpa）≥0.3

干密度（kg/m3）≤500

热导率［W/（m•；K）］≤0。1160（0。1kcal/m•；h•；0C）

耐水性（h）≥24

耐冻融循环性（次）≥15

耐火极限涂层厚度（mm）1520304050

耐火时间不低于（h）1.01.52.02.53.0

薄涂型钢构造防火涂料技术性能指标：

粘性强度（Mpa）≥0.15

抗弯性挠曲L/100，涂层不起层、脱落

抗震性挠曲L/200，涂层不起层、脱落

耐水性（h）≥24

耐冻融循环性（次）≥15

耐火极限涂层厚度（mm）1520304050

耐火时间不低于（h）1。01。52。02。53。0

（2）钢构造防火涂料的选用规定

室内暴露钢构造、轻型屋盖钢构造及有装饰要求的钢构造，当规定耐火极限在1.5h及以下时，宜选用薄涂型钢构造防火涂料;

室内隐藏钢构造、高层全钢构造及多层厂房钢构造，当规定其耐火极限在1.5h以上时，应选用厚涂型钢构造防火涂料;

露天钢构造，应选用适合室外用的钢构造防火涂料，用于爱护钢构造的防火涂料应不含石棉，不用苯类溶剂，在施工枯燥后应没有刺激性气味；不腐蚀钢材，在预定的使用期内须保持其性能。

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（3）确定钢构造防火涂料涂层厚度的原则

钢构造防火涂料的涂层厚度，可按以下原则之一确定：

根据有关标准对钢构造不同构件耐火极限的要求，依据标准耐火试验数据选定相应的涂层厚度。依据标准耐火试验数据，根据以下计算方法确定涂层的厚度。

（4）钢构造防火涂料施用厚度计算：

在设计防火爱护涂层和喷涂施工时，依据标准试验得出的某一耐火极限的爱护层厚度，确定不同规格钢构件到达一样耐火极限所需的同种防火涂料的爱护层厚度，可参照以下阅历公式计算：

式中T1——待喷防火涂层厚度(mm)；

T2——标准试验时的涂层厚度(mm)；

W1——待喷钢梁重量(kg/m)；

W2——标准试验时的钢梁重量(kg/m)；

D1——待喷钢梁防火涂层接触面周长(mm)；

D2——标准试验时钢梁防火涂层接触面周长(mm)；

K——系数。对钢梁，K=1；对相应楼层钢柱的爱护层厚度，宜乘以系数K，设K=1.25

公式的限定条件为：W/D≥22，T≥9mm，耐火极限t≥1x。

（5）钢构造防火涂料施工作为建筑工程中的重要组成局部，首当其冲的是防火涂料的质量。《钢构造防火涂料应用技术标准》（CECS24：90）第3。2。1条规定:“用于爱护钢构造的防火涂料必需有国家检验机构的耐火极限检测报告和理化性能检测报告，必需有防火监视部门核发的生产许可证和生产厂方的产品合格证”。少数防火涂料生产厂家虽通过国家消防产品检测机构的检测，但内部采纳送检样品使用一套生产标准（甚至购置其它合格产品冒充自己产品送检），生产产品却用另一套标准的方法，为追求经济效益，降低原材料等级、擅自转变配方，导致劣质产品流入市场。同时，个别建立单位不清晰标准或图省钱，直接雇用刷油工或组织有关非专业人员涂刷，非专业队伍不懂防火涂料喷涂技术，直接影响了工程质量。因此，我们在日常验收过程要留意以下几个事项。

薄涂型钢构造防火涂料施工要符合以下要求：1、涂层与钢基材之间以及涂层之间要粘结坚固、无脱层、空鼓等状况；2、涂层厚度要符合有关耐火极限的设计要求；3、涂层外观要平坦光滑，轮廓清楚，颜色匀称，无明显凹陷、粉化、松散和浮浆，乳突已剔除，如有个别裂缝，其宽度不应大于0。5mm。

厚涂型钢构造防火涂料要符合以下要求：1、涂层与钢基材之间以及涂层之间要粘结坚固、完全闭合，无脱层、空鼓等状况；2、涂层厚度的80%以上（含）面积要符合有关耐火极限的设计要求，且最薄处厚度不应低于设计厚度的85%；3、涂层外观要匀称平坦，无明显凹陷、粉化、松散和浮浆，乳突已剔除，如有个别裂缝，其宽度不应大于1mm。

4.3发泡防火漆法

防火漆是由成膜剂、阻燃剂、发泡剂等多种材料制造而成的一种阻燃涂料。防火漆与一般油漆相比，在物理性能方面根本一样，不同的是它枯燥以后，漆膜本身不易燃烧，遇火时，能推迟火焰延烧到涂漆的可燃物上，具有肯定的防火性能。据试验：将一般油漆与防火漆分别涂在木板上，枯燥后，用同样的火焰烘烤，涂一般油漆的木板，不到2分钟就和油漆一道焦灼；而涂非膨胀惰气型防火漆的木板，２分钟后仅消失阴燃现象，静置30秒后马上熄灭；涂膨胀惰气型防火漆的木板，即使烘烤１５分钟，连阴燃现象也未消失。由此可见，用防火漆涂于物体外表，一旦发生火灾，确实能在定时间里阻挡火势扩散，爱护物