浅谈钢结构防火保护

浅谈钢结构防火保护
文章重点讲述了钢结构防火保护的重要性及实用的防火保护方法。

对喷涂防火涂料、防火外包层、空心钢结构内充水等方法的优缺点、操作工艺、适用条件进行了详细的阐述。

标签：钢结构防火保护安全
0 引言
随着工业技术的进步和人民生活水平的提高,我国建筑钢结构自上世纪90年代以来得到越来越广泛的推广和应用。

其凭借自重轻、材质均匀、造价低、安装施工简便、建设周期短、布局灵活多样、造型美观等诸多优点,被原建设部列为推广项目。

目前,已成为现代建筑中较普遍的结构形式之一。

钢结构尽管有如此多的优点,但却存在一个致命的缺点——不耐火。

钢材为非燃材料,耐火性却非常差。

其导热系数约为混凝土的40倍,力学性能如屈服强度、弹性模量等对温度极其敏感。

建筑用钢(Q235、Q345等)在全负荷的情况下失去静态平衡稳定性的临界温度为540℃左右。

当温度升高时,钢材的屈服强度,抗拉强度和弹性模量的总趋势是降低的,但在150℃以下时变化不大。

当温度超过300℃时,钢材的抗拉强度、屈服强度和弹性模量开始显著下降,而伸长率开始显著增大,钢材产生徐变;当温度超过400℃时,强度和弹性模量都急剧降低;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,低于建筑结构所要求的屈服强度。

我国20世纪90年代初对裸露钢梁的耐火极限进行了验证,确认了I36b、I40b标准工字钢梁的耐火极限分别为15min、16min(钢梁内部达到临界温度:平均温度538℃,最高温度649℃)。

一般的火场温度都在800℃～1000℃左右,当火灾进行5min后温度已达到550℃以上。

因此,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,则建筑物会迅速坍塌,对人民的生命和财产安全造成严重的损失。

在传统的混凝土建筑中,较多的是采用防火墙、防火分区、防火门及自动喷淋等方法。

然而,对于现代钢结构厂房的大跨度、大空间而言,以上方法具体实施起来是非常困难的。

既然不能通过对其内部进行有效的防火分区来防止火势蔓延、扩散,那么只能采取对钢构件进行耐火保护的方法使其在火灾时温度升高不超过临界温度,保持稳定性,从而达到防火的目的。

通常有以下几种方式:
1 喷涂防火涂料
用专业喷涂机具将防火涂料直接喷涂在钢构件表面,形成耐火隔热保护层。

涂层能对钢构件起到屏蔽作用,使其不直接暴露在火焰高温中;涂层吸热后,还可分解释放出水蒸气及其他不燃气体,从而起到消耗热量、降低火焰温度和燃烧速度、稀释氧气的作用;另外,涂层本身多孔轻质和受热后形成的碳化泡沫层阻止了热量迅速向钢材传递,推迟了钢材强度的降低,从而提高了钢结构的耐火极限。

这
便是其发挥防火保护作用的原理。

钢构件防火涂料分为薄涂型和厚涂型两类,选用时应遵循以下原则:对室内裸露钢结构、轻型屋架钢结构及有装饰要求的钢结构,当规定其耐火极限在1.5h以下时,应选用薄涂型钢结构防火材料。

这种涂料在高温时会膨胀增厚,具有涂层薄(厚度一般为2—7mm)、重量轻、施工简便等特点,可喷可涂,有一定的装饰效果。

但处于吸湿受潮状态下会失去膨胀性,影响防火效果,应注意保持环境通风干燥。

室内隐蔽钢结构、高层钢结构及多层厂房钢结构,当其规定耐火极限在1.5h以上时,应选用厚涂型钢结构防火涂料。

这种涂料呈颗粒状,涂层厚度通常在8mm以上,高温时依靠涂层本身的厚度及较低的导热性起到对钢构件的隔热保护,耐火极限可达3h。

具有不燃、无毒、耐老化等优点,尤其适用于永久性建筑。

喷涂法为最简单、经济、有效的防火方式。

价格低、重量轻、施工速度快,适用于形状复杂的钢构件。

在喷涂防火涂料时,应注意喷涂厚度必须达到设计值,节点部位宜适当增厚。

当遇有如梁承受冲击振动、设计层厚度大于40mm、涂料粘结强度小于0.05Map、梁腹板高度大于1.5m等情况时,应在涂层内设置与钢结构相连的钢丝网,以确保涂层牢固。

有效发挥防火保护作用。

2 防火外包层
即在钢结构表面做耐火保护层,将构件包封起来。

耐火层通常选用以下材料:①现浇混凝土。

这种材料既不燃,又有大热容量,能有效减缓构件的升温。

也可在表面加敷钢丝网,防止表层在高温下剥落,进一步提高耐火性能。

这种保护层强度高、耐冲击,占用空间较大,适用于容易碰撞、无保护面板的钢柱防火保护。

②石棉、岩棉、矿渣棉等矿物纤维。

将其与水泥混合用特殊喷枪与水喷雾同时向底漆喷涂,构成覆盖层。

也可直接喷涂在钢构件上。

如向其上的金属网喷涂则能取得更好的效果。

③轻质预制板。

板间连接可采用钉合及粘合的方法。

施工简单、工期短、有利于工业化且复原性较好。

这种方法正逐步得到广泛应用。

3 空心钢结构内充水
此法是在空心钢结构内充水,与高位水箱相连,形成封闭冷却系统。

依靠水的循环把热量导走,使构件温度保持在100℃左右,保证钢结构不至达到丧失承载能力的临界温度。

充水法造价低,但对构件的防渗漏、防腐蚀要求高,还要保证水源的充足,防止冬季水冰结,并且只适用于空心钢构件。

此法在国外被广泛的应用在钢构的防火保护中,但在我国实际应用较少。

目前,大跨度厂房日渐采用了钢结构建筑,且厂房的跨度和面积规模越来越大。

更多的大型公用建筑如展览馆、候机楼、大型商场和高级宾馆不约而同的选择了钢结构。

在北京、天津、南京、上海、广州等地已经建起低层、多层、高层钢结构住宅。

一旦发生火灾,极易造成群死群伤事故。

1969年上海文化广场火灾,1973年天津市体育馆火灾显示了钢结构的防火问题是不容回避的。

央视新址大火事件又再次为我们敲响了警钟。

因此,钢结构防火安全是重中之重。

总之,我们首先必须根据实际情况及各种防火保护的特点,合理选择保护措施。

其次,严格按照施工规范作业。

最大限度发挥钢结构防火保护的作用,避免灾难性事故的发生。

参考文献:
[1]《建筑钢结构防火设计规程》.上海市建设和管理委员会.
[2]《钢结构施工与质量验收实用手册》.中国建材工业出版社.。