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鋼材(cai)具(ju)(ju)有(you)的強(qiang)度高、延性(xing)好(hao)優點決定(ding)了(le)鋼結構則具(ju)(ju)備自重(zhong)輕、抗震性(xing)能好(hao)、承載能力大的特性(xing),同時(shi)鋼結構可場內加工,施工周期(qi)短,同時(shi)材(cai)料又是可回收利用。因此,不管在國(guo)內還(huan)是國(guo)外(wai)鋼結構建筑都得到了(le)廣泛的運(yun)用。
但鋼結構有一個致命弱點:抗火性能差。為了使鋼結構在火災中較常時間地保持強度和剛度,保障人們的生命和財產安全,在實際工程中采用了多種防火保護措施。根據防火原理不同,防火措施分阻熱法和水冷卻法。阻熱法又可分為噴涂法和包封法(空心包封法和實心包封法)。水冷卻法有水淋冷卻法和沖水冷卻法。本文將具體介紹各種防火措施,并比較其優缺點。1 、鋼結構的耐火極限與耐火性能
鋼(gang)結(jie)構的耐(nai)火(huo)極限是指構件在標(biao)準耐(nai)火(huo)試驗中,從受到火(huo)的作用(yong)時起到失去穩(wen)定性或完整(zheng)性、絕熱性止這段抵抗火(huo)作用(yong)的時間。
鋼材(cai)本身(shen)雖然不會起火(huo)(huo)燃燒(shao),但(dan)鋼材(cai)的材(cai)性受溫(wen)(wen)度(du)(du)影響很大,但(dan)在250℃鋼材(cai)的沖擊韌性下降,超過300℃,屈服點與(yu)極限強(qiang)度(du)(du)顯著下降。實際(ji)火(huo)(huo)災下,荷載情況不變(bian)(bian), 鋼結構(gou)失去靜態平衡穩定性的臨界溫(wen)(wen)度(du)(du)為(wei)500℃左(zuo)右,而一般火(huo)(huo)場溫(wen)(wen)度(du)(du)達到(dao)800~1000℃。因此(ci),火(huo)(huo)災高溫(wen)(wen)下鋼結構(gou)很快地會出現塑(su)性變(bian)(bian)形,產生局部破壞, 最(zui)終造成鋼結構(gou)整體倒塌失效。
鋼結構建筑必須采取防火措施,以使得建筑具有足夠的耐火極限。防止鋼結構在火(huo)災(zai)中迅(xun)速升溫到臨界溫度(du), 防止產生過大(da)變(bian)形以至建筑物倒塌,從而為滅火(huo)和人員(yuan)安全疏散(san)贏得寶(bao)貴時間(jian),避免或減少火(huo)災(zai)帶來的(de)損失。2、鋼結(jie)構防火保護措施
鋼結構防火(huo)保(bao)護(hu)措施(shi)按原理分為(wei)兩類:一(yi)是(shi)阻熱法(fa)(fa),二(er)是(shi)水冷卻(que)法(fa)(fa)。這些(xie)措施(shi)的(de)(de)目(mu)的(de)(de)是(shi)一(yi)致的(de)(de):使構件(jian)在規定的(de)(de)時間, 溫度升高不超過其(qi)臨界(jie)溫度。不同的(de)(de)是(shi)阻熱法(fa)(fa)是(shi)阻止熱量向構件(jian)傳輸來, 而(er)水冷卻(que)法(fa)(fa)允(yun)許熱量傳到(dao)構件(jian)上, 再把熱量導(dao)走(zou)以(yi)實現目(mu)的(de)(de)。
2.1 阻熱法
阻熱(re)法(fa)根據防火(huo)涂料(liao)阻熱(re)和(he)包(bao)封材料(liao)阻熱(re),分為噴涂法(fa)和(he)包(bao)封法(fa)。噴涂法(fa)通過涂覆(fu)或噴灑防火(huo)涂料(liao)把(ba)構(gou)建保護起來(lai)。包(bao)封法(fa)又可分為空心包(bao)封法(fa)和(he)實心包(bao)封法(fa)。
2.1.1 噴(pen)涂法
一般采用防(fang)火(huo)涂(tu)(tu)料(liao)涂(tu)(tu)覆或噴灑于鋼(gang)材表面,形成(cheng)耐(nai)(nai)火(huo)隔(ge)熱保護層,提高鋼(gang)結(jie)(jie)構(gou)的耐(nai)(nai)火(huo)極限。這種方法施工(gong)簡(jian)便、重量輕、耐(nai)(nai)火(huo)時間較(jiao)長,而(er)且不受鋼(gang)構(gou)件幾何形狀(zhuang)限制。具有較(jiao)好(hao)的經濟性(xing)和實用性(xing),應用廣泛(fan)。鋼(gang)結(jie)(jie)構(gou)防(fang)火(huo)涂(tu)(tu)料(liao)的品種較(jiao)多,大體分為兩類:一類是(shi)薄(bo)涂(tu)(tu)型防(fang)火(huo)涂(tu)(tu)料(liao)( B 類) , 亦即鋼(gang)結(jie)(jie)構(gou)膨脹防(fang)火(huo)料(liao);另一類是(shi)厚涂(tu)(tu)型涂(tu)(tu)料(liao)(H) 類。
B類防(fang)火(huo)(huo)涂(tu)料,涂(tu)層(ceng)厚(hou)度一般(ban)(ban)為2-7mm。基料為有機樹脂(zhi),有一定(ding)裝飾效果,高溫時(shi)膨(peng)脹增厚(hou)。耐(nai)(nai)火(huo)(huo)極限(xian)(xian)(xian)可(ke)達0.5~1.5h。薄(bo)(bo)涂(tu)型(xing)鋼結構防(fang)火(huo)(huo)涂(tu)料涂(tu)層(ceng)薄(bo)(bo)、重量輕、抗振(zhen)性好。室內裸露鋼結構、輕型(xing)屋(wu)蓋鋼結構,當規定(ding)其耐(nai)(nai)火(huo)(huo)極限(xian)(xian)(xian)在1.5h及以下時(shi),宜選用薄(bo)(bo)涂(tu)型(xing)鋼結構防(fang)火(huo)(huo)涂(tu)料。H類防(fang)火(huo)(huo)涂(tu)料涂(tu)層(ceng)厚(hou)度一般(ban)(ban)為8~50mm。呈粒(li)狀面。主要成分為無機絕熱材料,密度較小(xiao)熱導(dao)率低。耐(nai)(nai)火(huo)(huo)極限(xian)(xian)(xian)可(ke)達0.5~3.0h。厚(hou)涂(tu)型(xing)鋼結構防(fang)火(huo)(huo)涂(tu)料一般(ban)(ban)不(bu)燃、耐(nai)(nai)老化、耐(nai)(nai)久性較可(ke)靠。室內隱蔽(bi)鋼結構、高層(ceng)全(quan)鋼結構及多層(ceng)廠房鋼結構,當規定(ding)其耐(nai)(nai)火(huo)(huo)極限(xian)(xian)(xian)在1.5h以上時(shi),應選用厚(hou)涂(tu)型(xing)鋼結構防(fang)火(huo)(huo)涂(tu)料。
2.1.2包封(feng)法(fa)
1) 空心包封法:一般采用防火板或耐火磚,沿鋼構件的外圍邊界,將鋼構 件包裹起來。國內石化工業鋼結構廠房大多采用砌筑耐火磚包裹鋼構件的方法對鋼結構加以保護。該方法的優點是強度高、耐沖擊,但缺點是占用的空間較大、施(shi)工較麻煩。采(cai)用(yong)耐(nai)火(huo)輕質板(ban)材如纖維增強水泥板(ban)、石(shi)膏(gao)板(ban)、蛭石(shi)板(ban)等作(zuo)防火(huo)外包(bao)層(ceng)。對大型(xing)鋼構件進行(xing)箱式包(bao)裹的方(fang)法具有裝修面平整光滑、成(cheng)本低、損耗小、無環(huan)境(jing)污染(ran)、耐(nai)老化(hua)等優點,推廣前(qian)景良好。
2) 實心(xin)包封法:一般通過澆(jiao)筑混凝土(tu),將(jiang)鋼構(gou)件包裹(guo)起來(lai),完全封閉鋼構(gou) 件。如上海浦東世界金融大廈的(de)鋼柱就采(cai)用(yong)該(gai)方法。其優點是(shi)強度高、耐沖(chong)擊,但缺點是(shi)混凝土(tu)保(bao)護(hu)層(ceng)占(zhan)用(yong)的(de)空間大、施(shi)(shi)工比較(jiao)麻煩(fan),特別是(shi)在鋼梁和(he)斜撐上施(shi)(shi)工十分困難。
2.2 水(shui)冷卻法
水冷(leng)卻法包括水淋冷(leng)卻法和充(chong)水冷(leng)卻法。
2.2.1 水(shui)淋冷卻法
水淋冷(leng)卻法(fa)(fa)是在(zai)鋼結(jie)構上部布(bu)置(zhi)自動或(huo)手動噴淋系(xi)統。發生(sheng)火(huo)災時(shi),啟(qi)動噴淋系(xi)統,在(zai)鋼結(jie)構表面(mian)形成一層連續的水膜,火(huo)焰蔓延到鋼結(jie)構表面(mian)時(shi),水分蒸發帶走熱量,延緩(huan)鋼結(jie)構建筑達到其界限(xian)溫度(du)。水淋冷(leng)卻法(fa)(fa)在(zai)同濟大學(xue)土(tu)木工程學(xue)院(yuan)大樓(lou)得到使(shi)用。
2.2.2 充水冷卻法
充水冷卻法是在空心鋼構件內充水。通過水在鋼結構內的循環,吸收鋼材本身受熱的熱量。從而使鋼結構在火災中能保持較低的溫度,不會因升溫過高而喪失承載能力。為防止銹蝕和結冰, 水中要加阻銹劑和防凍劑。美國匹茲堡64層的美國鋼鐵公司大廈的鋼柱就采用了充水冷卻法。3、防火(huo)措施比較
阻熱法通過阻熱材料可以減慢熱量向結構構件傳導的速度。總體來說,隔熱法經濟性和實用性較好,在實際工程運用相當廣泛。水冷卻法是抵御火災的一種有效的防護措施,但由于這種方法對結構設計有專門要求,同時其成本較高,故目前在工程領域(yu)還(huan)未得到很好的(de)推廣。
阻(zu)(zu)熱法在鋼結(jie)構防火保護中廣(guang)泛使用(yong),所以下面重點比較阻(zu)(zu)熱法措施中噴涂(tu)法與包(bao)封法的優缺(que)點。
3.1 耐火性
這(zhe)耐火(huo)(huo)(huo)性能上,包(bao)封法(fa)(fa)優于噴(pen)涂(tu)(tu)(tu)法(fa)(fa)。混凝土、耐火(huo)(huo)(huo)磚等包(bao)封材料(liao)耐火(huo)(huo)(huo)性比一般的(de)防火(huo)(huo)(huo)涂(tu)(tu)(tu)料(liao)好。另外(wai),新(xin)型(xing)防火(huo)(huo)(huo)板的(de)耐火(huo)(huo)(huo)性能也優于防火(huo)(huo)(huo)涂(tu)(tu)(tu)料(liao)。其(qi)耐火(huo)(huo)(huo)極限明顯(xian)高(gao)于同厚(hou)度(du)的(de)鋼(gang)結構防火(huo)(huo)(huo)隔熱材料(liao), 更(geng)高(gao)于膨脹型(xing)防火(huo)(huo)(huo)涂(tu)(tu)(tu)料(liao)。
3.2耐(nai)久性
由于包封(feng)材(cai)料如混凝土(tu)耐久(jiu)(jiu)性比(bi)較(jiao)好(hao),不易隨時間推移發生(sheng)性能(neng)劣化(hua);而耐久(jiu)(jiu)性一直是(shi)鋼結構(gou)防火(huo)涂料未能(neng)解(jie)決好(hao)的問(wen)題(ti)。以有(you)機組分(fen)為主的薄型和超薄型防火(huo)涂料無論(lun)是(shi)用(yong)于室外還是(shi)室內, 其(qi)有(you)機組分(fen)都可能(neng)產生(sheng)分(fen)解(jie)、降解(jie)、老(lao)化(hua)等問(wen)題(ti), 從(cong)而使涂層(ceng)剝(bo)落粉化(hua)或失(shi)去防火(huo)性能(neng)。
3.3施工性
鋼結構防(fang)火(huo)(huo)的(de)噴涂(tu)法(fa)(fa)施工(gong)簡便,無須(xu)復(fu)雜的(de)工(gong)具即可施工(gong)。但噴涂(tu)法(fa)(fa)防(fang)火(huo)(huo)涂(tu)料施工(gong)質量可控(kong)性(xing)差,對基材的(de)除(chu)銹、防(fang)火(huo)(huo)涂(tu)料的(de)涂(tu)層厚(hou)度(du)以及施工(gong)環(huan)境濕度(du)等不易控(kong)制(zhi)(zhi);包封(feng)法(fa)(fa)施工(gong)比較(jiao)復(fu)雜,對于斜撐、鋼梁尤為(wei)明(ming)顯,不過施工(gong)可控(kong)性(xing)較(jiao)強(qiang)強(qiang),質量容易保證。可以較(jiao)為(wei)準確地(di)改變(bian)包封(feng)材料的(de)厚(hou)度(du)來(lai)控(kong)制(zhi)(zhi)耐火(huo)(huo)極(ji)限。
3.4 環保性
噴涂法在施(shi)工時(shi)污(wu)染環(huan)境, 特別(bie)是在高溫作用下能揮(hui)發(fa)出有(you)害氣體。包(bao)封法在施(shi)工、正常使用環(huan)境和火災高溫下均(jun)無有(you)毒釋放物, 有(you)利(li)于環(huan)境保(bao)護(hu)和火災時(shi)的人員安全(quan)。
3.5 經濟性
噴涂法施工簡單、工期短,施工費用低。但防火涂料價格高,而且由于涂料存在(zai)老(lao)化(hua)等缺點(dian),其維護費(fei)用較高。包(bao)封法施工(gong)費(fei)用高, 但所用材(cai)料價格便宜, 且(qie)維修(xiu)費(fei)用低。綜(zong)合來講(jiang),包(bao)封法經濟效性(xing)較好。
3.6 適(shi)用性
噴(pen)涂(tu)法(fa)不受構(gou)件的(de)幾何限(xian)制, 多用于(yu)梁、柱、樓(lou)板(ban)、屋(wu)蓋等(deng)各構(gou)件的(de)保護。特(te)別適用于(yu)輕鋼(gang)結(jie)(jie)構(gou)、網架結(jie)(jie)構(gou)和(he)異形(xing)鋼(gang)結(jie)(jie)構(gou)等(deng)空間結(jie)(jie)構(gou)體(ti)系鋼(gang)結(jie)(jie)構(gou)防(fang)火保護中。包封(feng)法(fa)施工復雜,特(te)別是鋼(gang)梁、斜撐等(deng)構(gou)件,包封(feng)法(fa)一般較多用于(yu)柱子,適用范圍沒噴(pen)涂(tu)法(fa)廣泛。
3.7 占用空(kong)間
噴涂(tu)法所使用(yong)的防火涂(tu)料體積較(jiao)小,而(er)包封法使用(yong)的包封材料如(ru)混(hun)凝土、防火磚,會占用(yong)空間,減小使用(yong)空間。而(er)且包封材料質量也較(jiao)大。
4、總結
通過論述可以得到以下結論:1)鋼結構防(fang)(fang)(fang)(fang)火(huo)保護(hu)措施的(de)采(cai)用(yong)要(yao)(yao)考慮(lv)多(duo)方面(mian)因素(su)的(de)影(ying)響(xiang),如構件類(lei)型、施工(gong)難易(yi)度、施工(gong)質量要(yao)(yao)求(qiu)、耐久性(xing)要(yao)(yao)求(qiu)和經濟效益(yi)等;2)通過對(dui)噴涂(tu)法(fa)與(yu)包封法(fa)的(de)比較,噴涂(tu)法(fa)主要(yao)(yao)優勢(shi)在施工(gong)工(gong)藝簡(jian)便,噴涂(tu)后構件外(wai)形(xing)不發生大的(de)改(gai)變。包封法(fa)主要(yao)(yao)優勢(shi)在于成本較低,防(fang)(fang)(fang)(fang)火(huo)性(xing)能與(yu)耐久性(xing)好;3)各種防(fang)(fang)(fang)(fang)火(huo)措施有各自的(de)優勢(shi)和不足,在工(gong)程運(yun)用(yong)中,可取(qu)長補短,多(duo)種防(fang)(fang)(fang)(fang)火(huo)措施結合使用(yong)。并(bing)可以(yi)通過采(cai)取(qu)不同措施,設置多(duo)道防(fang)(fang)(fang)(fang)火(huo)防(fang)(fang)(fang)(fang)線。本文(wen)章(zhang)由(you)海(hai)南鑫木建設(she)鋼結構(gou)公司小(xiao)編整理發表,官網:spjjjj.cn