论文部分内容阅读
摘要： 针对当前钢结构形式广泛应用于建筑工程中的现状，结合工作實践，对钢结构的耐火性能做了简单介绍，并总结和分析了提高钢结构建筑防火性能的相关措施。
关键词： 钢结构；防火；保护措施。
前言：
钢结构是指用钢板和热轧、冷弯或焊接的钢材，通过连接件连接而成的、能承受和传递荷载的结构形式。钢结构由于具有自重轻、强度高、塑性和韧性好、抗震性能好、平面布置灵活、建筑面积利用率高、施工时间短等诸多优点，在建筑工程中得到广泛应用。但是钢结构本身存在一个致命的缺点：不耐火。自从钢结构被应用于建筑以来，钢结构建筑在火灾中容易发生垮塌的情况屡见不鲜，钢结构的抗火设计越来越受到工程师们的重视。
1.钢结构的耐火性能
虽然钢材是不燃材料，但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。在未经防火处理的情况下，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200℃以下时变化不大。当温度在250℃左右时，钢材的抗拉强度反而有较大提高，而塑性和韧性下降。当温度超过300℃时，钢材的屈服强度、抗拉强度、弹性模量开始显著下降；当温度超过400℃时，强度和弹性模量都急剧降低；达到600℃时，屈服强度、抗拉强度和弹性模量均接近于零，其承载力几乎完全丧失。钢结构当遇到水流冲击，如灭火或是防御冷却时，钢结构会急剧收缩，转瞬间即形成收缩拉力，继而使建筑结构的整体稳定性破坏，造成垮塌。因此，高温条件下钢结构构件的变形无法避免，只能通过一定的保护措施提高钢结构的耐火性能。
2.钢结构建筑的防火保护措施
要使钢结构材料在实际的应用中克服耐火方面的不足，必须对其进行必要的防火处理，目的就是将钢结构耐火极限提高至设计规范规定所需的极限范围，以防止钢结构在火灾中快速升温发生的形变塌落。
钢结构的防火保护措施可以分为主动防火和被动防火两大类。主动防火是指依靠降低火灾燃烧热释放率以及抑制火灾增长来实现钢结构不受高温及火焰严重影响的防火保护措施，如建筑物的烟气控制技术、防火安全设计技术、火灾探测报警技术、喷水灭火或其他灭火技术等。被动防火主要指采取一定的措施，来吸收构件所受热量，或将结构构件与高温烟气及火焰隔离，延缓钢构件到达临界温度的时间，如提高建筑构件耐火性能、在钢结构外围喷涂或包裹保护层、在钢结构内部通水冷却等。
在钢结构建筑的实际应用中，被动防火措施较为普遍，笔者将着重予以分析。目前应用较多的被动防火保护措施有外包层法、屏蔽法和水冷却法3种。
2.1 外包层法
外包层法是目前应用最多的钢结构防火保护措施，其原理是在构件表面设置一层保护材料，火灾产生的高温首先传给这些保护材料，再由保护材料传给构件。由于所选材料的导热系数较小、热容较大，因此能很好地减缓热流向构件的传输速度，藉此起到保护作用。按照构造形式的不同，可以分为以下3 种：紧贴包裹法、空心包裹法和实心包裹法。
2.1.1紧贴包裹法采用防火涂料涂覆于钢材表面，形成耐火隔热保护层，提高钢结构的耐火极限。钢结构防火方法的选择以构件的耐火极限要求为依据。紧贴包裹法适用于耐火极限要求为0.5-4 h的钢结构建筑。钢结构防火涂料按其涂层厚度及性能特点可分为薄涂型和厚涂型2 类。薄涂型钢结构防火涂料涂层薄、重量轻、抗振性好、有较好的装饰性。室内裸露钢结构、轻型屋盖钢结构及有装饰要求的钢结构，当规定其耐火极限在1.5 h 及以下时，宜选用薄涂型钢结构防火涂料；厚涂型钢结构防火涂料一般不燃、无毒、耐老化、耐久性较可靠。室内隐蔽钢结构、高层全钢结构及多层厂房钢结构，当规定其耐火极限在1.5 h以上时，应选用厚涂型钢结构防火涂料。紧贴包裹法是一种常用的钢结构防火方法，在很多工程中都有应用。如广州国际会议展览中心、国家图书馆工程钢结构都采用了紧贴包裹法。
2.1.2空心包裹法一般采用防火板，沿钢构件的外围边界，将钢构件包裹起来。钢结构防火用板材分薄板和厚板两类。防火薄板使用厚度大多在6 ～ 15 mm 之间，主要用作轻钢龙骨隔墙、吊顶和钢梁、钢柱的罩面板；防火厚板使用厚度在20 ～ 50 mm 之间，可直接用于钢结构防火。空心包裹法适用于耐火极限要求为1.5-4 h的钢结构建筑。
2.1.3实心包裹法一般通过浇筑混凝土或砌筑耐火砖，将钢构件包裹起来，完全封闭钢构件。其优点是强度高、耐冲击，但缺点是混凝土保护层占用的空间大、施工比较麻烦，特别是在钢梁和斜撑上施工十分困难。表面有装饰要求的钢结构，亦可采用粘贴柔性毡状隔热材料或涂敷厚涂型防火涂料、外用防火薄板作罩面板的复合保护法。实心包裹法适用于耐火极限要求为1.5-3 h的钢结构建筑。美国纽约大厦和上海世界金融大厦都有采用实心包裹法。
2.2屏蔽法
屏蔽法是在钢构件的迎火面设置阻火屏障，将构件与火焰隔开，这样，即使建筑内部发生火灾，火焰也烧不到钢构件。屏蔽法主要适用于钢结构屋盖系统的保护。常见的屏蔽法包括在钢梁下面吊装防火平顶和在钢柱外侧一定范围内设置防火板等方法。屏蔽法作为一种在钢结构特殊部位设置的防火屏障措施，对钢构件而言，不失为一种较经济的防火方法，但要注意吊顶的接缝、孔洞处应严密，防止窜火。
2.3 水冷却法
水冷却法包括水淋冷却法和充水冷却法。水淋冷却法是在钢结构上部布置自动喷淋系统，发生火灾时，启动喷淋系统，在钢结构表面形成一层连续的水膜，达到保护作用。此方法已广泛应用于绝大多数的高层建筑中，如同济大学土木新楼钢结构建筑即采用水淋冷却法。充水冷却法是在空心钢构件内充水，通过水在钢结构内的循环，吸收钢材本身受热的热量，从而使钢结构在火灾中能保持较低的温度，不会因升温过高而丧失承载能力。从理论上讲，这是钢结构防火保护最有效的方法。但是由于技术难度较大，加之增加了建筑物的自重，为了防锈和防止水的冰结，还需要在水中掺加阻锈剂和抗冻剂等，费用较高，在实际应用中案例较少。
3.科学选择防火方法
钢结构的防火技术对于钢结构的安全性能与耐久性起着十分重要的作用，设计时要根据不同建筑对构件耐火极限的要求，通过科学比较，选出最恰当的防火保护方法，达到经济和安全要求：（1） 钢柱、钢梁的防火保护措施，一般采用防火涂料保护或防火板材保护；（2） 压型钢板组合楼板的防火保护措施，可采用防火涂料保护或粘贴防火板材保护；（3） 钢屋盖的防火保护措施，可采用防火涂料保护或水淋冷却法、屏蔽法保护。
4.结束语
随着我国经济与技术的发展，人们对建筑的安全要求也越来越高，加强钢结构建筑的耐火性能，使钢结构建筑更好地防范火灾的发生或者蔓延，这就是钢结构的防火保护研究与发展的重点。只要我们能够重视防火的保护问题，不断的研究、探索防火的新材料和新工艺，这样才能够扬长避短，就可使钢结构建筑更为广泛、安全地使用。
参考文献：
[1] 吴剑锋，王彩华，张丽娜.提高钢结构抗火性能的措施[J].河南建材，2009 （2）：27-28.
[2] 杨永新.钢结构建筑的防火保护措施探讨[J].科技创新导报，2011（29） ： 32.
[3] 贺晗，余绍锋.钢结构的抗火研究概述[J].钢结构，2009 （11） ： 80-83
[4] 王国辉，项凯，于兴东，等.钢网架防火保护方法[J].消防科学与技术，2012 （8）：792-794.
关键词： 钢结构；防火；保护措施。
前言：
钢结构是指用钢板和热轧、冷弯或焊接的钢材，通过连接件连接而成的、能承受和传递荷载的结构形式。钢结构由于具有自重轻、强度高、塑性和韧性好、抗震性能好、平面布置灵活、建筑面积利用率高、施工时间短等诸多优点，在建筑工程中得到广泛应用。但是钢结构本身存在一个致命的缺点：不耐火。自从钢结构被应用于建筑以来，钢结构建筑在火灾中容易发生垮塌的情况屡见不鲜，钢结构的抗火设计越来越受到工程师们的重视。
1.钢结构的耐火性能
虽然钢材是不燃材料，但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。在未经防火处理的情况下，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200℃以下时变化不大。当温度在250℃左右时，钢材的抗拉强度反而有较大提高，而塑性和韧性下降。当温度超过300℃时，钢材的屈服强度、抗拉强度、弹性模量开始显著下降；当温度超过400℃时，强度和弹性模量都急剧降低；达到600℃时，屈服强度、抗拉强度和弹性模量均接近于零，其承载力几乎完全丧失。钢结构当遇到水流冲击，如灭火或是防御冷却时，钢结构会急剧收缩，转瞬间即形成收缩拉力，继而使建筑结构的整体稳定性破坏，造成垮塌。因此，高温条件下钢结构构件的变形无法避免，只能通过一定的保护措施提高钢结构的耐火性能。
2.钢结构建筑的防火保护措施
要使钢结构材料在实际的应用中克服耐火方面的不足，必须对其进行必要的防火处理，目的就是将钢结构耐火极限提高至设计规范规定所需的极限范围，以防止钢结构在火灾中快速升温发生的形变塌落。
钢结构的防火保护措施可以分为主动防火和被动防火两大类。主动防火是指依靠降低火灾燃烧热释放率以及抑制火灾增长来实现钢结构不受高温及火焰严重影响的防火保护措施，如建筑物的烟气控制技术、防火安全设计技术、火灾探测报警技术、喷水灭火或其他灭火技术等。被动防火主要指采取一定的措施，来吸收构件所受热量，或将结构构件与高温烟气及火焰隔离，延缓钢构件到达临界温度的时间，如提高建筑构件耐火性能、在钢结构外围喷涂或包裹保护层、在钢结构内部通水冷却等。
在钢结构建筑的实际应用中，被动防火措施较为普遍，笔者将着重予以分析。目前应用较多的被动防火保护措施有外包层法、屏蔽法和水冷却法3种。
2.1 外包层法
外包层法是目前应用最多的钢结构防火保护措施，其原理是在构件表面设置一层保护材料，火灾产生的高温首先传给这些保护材料，再由保护材料传给构件。由于所选材料的导热系数较小、热容较大，因此能很好地减缓热流向构件的传输速度，藉此起到保护作用。按照构造形式的不同，可以分为以下3 种：紧贴包裹法、空心包裹法和实心包裹法。
2.1.1紧贴包裹法采用防火涂料涂覆于钢材表面，形成耐火隔热保护层，提高钢结构的耐火极限。钢结构防火方法的选择以构件的耐火极限要求为依据。紧贴包裹法适用于耐火极限要求为0.5-4 h的钢结构建筑。钢结构防火涂料按其涂层厚度及性能特点可分为薄涂型和厚涂型2 类。薄涂型钢结构防火涂料涂层薄、重量轻、抗振性好、有较好的装饰性。室内裸露钢结构、轻型屋盖钢结构及有装饰要求的钢结构，当规定其耐火极限在1.5 h 及以下时，宜选用薄涂型钢结构防火涂料；厚涂型钢结构防火涂料一般不燃、无毒、耐老化、耐久性较可靠。室内隐蔽钢结构、高层全钢结构及多层厂房钢结构，当规定其耐火极限在1.5 h以上时，应选用厚涂型钢结构防火涂料。紧贴包裹法是一种常用的钢结构防火方法，在很多工程中都有应用。如广州国际会议展览中心、国家图书馆工程钢结构都采用了紧贴包裹法。
2.1.2空心包裹法一般采用防火板，沿钢构件的外围边界，将钢构件包裹起来。钢结构防火用板材分薄板和厚板两类。防火薄板使用厚度大多在6 ～ 15 mm 之间，主要用作轻钢龙骨隔墙、吊顶和钢梁、钢柱的罩面板；防火厚板使用厚度在20 ～ 50 mm 之间，可直接用于钢结构防火。空心包裹法适用于耐火极限要求为1.5-4 h的钢结构建筑。
2.1.3实心包裹法一般通过浇筑混凝土或砌筑耐火砖，将钢构件包裹起来，完全封闭钢构件。其优点是强度高、耐冲击，但缺点是混凝土保护层占用的空间大、施工比较麻烦，特别是在钢梁和斜撑上施工十分困难。表面有装饰要求的钢结构，亦可采用粘贴柔性毡状隔热材料或涂敷厚涂型防火涂料、外用防火薄板作罩面板的复合保护法。实心包裹法适用于耐火极限要求为1.5-3 h的钢结构建筑。美国纽约大厦和上海世界金融大厦都有采用实心包裹法。
2.2屏蔽法
屏蔽法是在钢构件的迎火面设置阻火屏障，将构件与火焰隔开，这样，即使建筑内部发生火灾，火焰也烧不到钢构件。屏蔽法主要适用于钢结构屋盖系统的保护。常见的屏蔽法包括在钢梁下面吊装防火平顶和在钢柱外侧一定范围内设置防火板等方法。屏蔽法作为一种在钢结构特殊部位设置的防火屏障措施，对钢构件而言，不失为一种较经济的防火方法，但要注意吊顶的接缝、孔洞处应严密，防止窜火。
2.3 水冷却法
水冷却法包括水淋冷却法和充水冷却法。水淋冷却法是在钢结构上部布置自动喷淋系统，发生火灾时，启动喷淋系统，在钢结构表面形成一层连续的水膜，达到保护作用。此方法已广泛应用于绝大多数的高层建筑中，如同济大学土木新楼钢结构建筑即采用水淋冷却法。充水冷却法是在空心钢构件内充水，通过水在钢结构内的循环，吸收钢材本身受热的热量，从而使钢结构在火灾中能保持较低的温度，不会因升温过高而丧失承载能力。从理论上讲，这是钢结构防火保护最有效的方法。但是由于技术难度较大，加之增加了建筑物的自重，为了防锈和防止水的冰结，还需要在水中掺加阻锈剂和抗冻剂等，费用较高，在实际应用中案例较少。
3.科学选择防火方法
钢结构的防火技术对于钢结构的安全性能与耐久性起着十分重要的作用，设计时要根据不同建筑对构件耐火极限的要求，通过科学比较，选出最恰当的防火保护方法，达到经济和安全要求：（1） 钢柱、钢梁的防火保护措施，一般采用防火涂料保护或防火板材保护；（2） 压型钢板组合楼板的防火保护措施，可采用防火涂料保护或粘贴防火板材保护；（3） 钢屋盖的防火保护措施，可采用防火涂料保护或水淋冷却法、屏蔽法保护。
4.结束语
随着我国经济与技术的发展，人们对建筑的安全要求也越来越高，加强钢结构建筑的耐火性能，使钢结构建筑更好地防范火灾的发生或者蔓延，这就是钢结构的防火保护研究与发展的重点。只要我们能够重视防火的保护问题，不断的研究、探索防火的新材料和新工艺，这样才能够扬长避短，就可使钢结构建筑更为广泛、安全地使用。
参考文献：
[1] 吴剑锋，王彩华，张丽娜.提高钢结构抗火性能的措施[J].河南建材，2009 （2）：27-28.
[2] 杨永新.钢结构建筑的防火保护措施探讨[J].科技创新导报，2011（29） ： 32.
[3] 贺晗，余绍锋.钢结构的抗火研究概述[J].钢结构，2009 （11） ： 80-83
[4] 王国辉，项凯，于兴东，等.钢网架防火保护方法[J].消防科学与技术，2012 （8）：792-794.