淺析鋼結(jié)構(gòu)的防火性能

來源:育路教育網(wǎng)發(fā)布時間:2011-07-13

  一、現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的建筑特點
  (一)預(yù)工程化程度高,建設(shè)成本降低,工期縮短
  鋼結(jié)構(gòu)建筑模數(shù)協(xié)調(diào)統(tǒng)一標準實現(xiàn)了建筑工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn),提高了建筑預(yù)工程化,使不同材料、不同形狀和不同制造方法的建筑構(gòu)配件具有一定的通用性和互換性。同時鋼結(jié)構(gòu)建筑的預(yù)工程化使材料加工和安裝一體化,大大降低了建設(shè)成本;并且加快了施工速度,使工期能夠縮短40%以上,從而加快了房地產(chǎn)開發(fā)商的資金周轉(zhuǎn)速度,使建筑能更早投入使用。
  (二)建筑與結(jié)構(gòu)的設(shè)計與功能一體化,使建筑更富有功能化
  在鋼結(jié)構(gòu)建筑中,結(jié)構(gòu)成為形象構(gòu)成的重要因素,結(jié)構(gòu)的形體,構(gòu)件,節(jié)點從很大程度上導(dǎo)致并制約著建筑的形象。建筑與結(jié)構(gòu)的設(shè)計與功能只有做到一體化,才能使建筑更富有功能化以便隨后的各個設(shè)計環(huán)節(jié)進行下去,創(chuàng)造出技術(shù)與藝術(shù)融為一體的鋼結(jié)構(gòu)建筑。
  (三)鋼結(jié)構(gòu)建筑能夠滿足超高度和超跨度的要求
  鋼材組織均勻,接近于各向同性勻質(zhì)體,強度高,彈性模量亦高。其密度與強度的比值遠小于磚石,混凝土,木材,在同樣受力情況下鋼結(jié)構(gòu)自重小,從而可以做成跨度較大和高度較高的結(jié)構(gòu)以及靈活的結(jié)構(gòu)形體。現(xiàn)在人類已具有建造跨度超過1000米的超大穹頂與高度超過1000米最高至4000米的超高層建筑的能力。并且鋼索與膜結(jié)構(gòu)相結(jié)合形成索膜結(jié)構(gòu)體系更能滿足建筑對跨度的要求,使這類型建筑成為標志性建筑,
  (四)原材料可以循環(huán)使用,有助于環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展
  發(fā)展鋼結(jié)構(gòu)對于資源,能源都非常短缺的我國意義尤為重大,因為中國是世界上最大的磚砌體建筑與混凝土建筑大國。鋼材是一種高強度高效能的材料,具有很高的再循環(huán)價值,邊角料也有價值,不需要制模施工。目前國際上引人矚目的新型住宅產(chǎn)品已引入我國,其環(huán)保節(jié)能的特點主要體現(xiàn)在兩個方面(1)該類型住宅采用全封閉式保溫隔熱防潮系統(tǒng),溫度變化小,熱損失低。不論冬夏,都具有舒適當(dāng)居住環(huán)境。室外0攝氏度時,室內(nèi)仍可以保持17攝氏度以上;在室外溫度達到30攝氏度的情況下,室內(nèi)溫度僅為21攝氏度左右。(2)與磚混結(jié)構(gòu)住宅相比,可節(jié)能60%以上,冬夏季空調(diào)設(shè)備可節(jié)約耗電30%以上,結(jié)構(gòu)的廢舊利用為100%,與磚混結(jié)構(gòu)比較,同樣樓層凈高條件下,鋼結(jié)構(gòu)維護墻體面積小,節(jié)約空調(diào)所需能源,減小維護費用。
  二、鋼結(jié)構(gòu)建筑的火災(zāi)危險性
  (一)耐火性能差
  鋼材本身不燃燒,卻不耐高溫,其機械性能如屈服點、彈性模量、抗壓強度、荷載能力等均會應(yīng)溫度的升高而急劇下降,當(dāng)鋼構(gòu)件溫度達到350、500、600攝氏度時,強度分別下降1/3、1/2、2/3.據(jù)理論計算,全負荷鋼構(gòu)失去靜態(tài)平衡穩(wěn)定性的臨界溫度為540攝氏度。而且鋼構(gòu)件由單一材料組成,導(dǎo)熱系數(shù)大(是混凝土的40倍),在高溫作用下,熱量會迅速傳導(dǎo)至內(nèi)部,溫升快,科學(xué)實驗和火災(zāi)實例均表明,裸露鋼構(gòu)的耐火時間僅15分鐘,不如普通木柱的耐火時間。
  (二)跨度大、空間大,火災(zāi)蔓延迅速
  跨度大、空間大是鋼結(jié)構(gòu)建筑的顯著特點,而且大部分鋼結(jié)構(gòu)建筑無明顯有效的防火分隔,門窗多,內(nèi)部空氣流通好,可燃物料多,一旦發(fā)生火災(zāi),熱輻射強,煙霧濃,燃燒猛烈,在強大熱氣流的作用下,火勢迅速向垂直、水平方向蔓延,形成大面積火災(zāi)。
  (三)整體連接性強,易變形倒塌
  鋼結(jié)構(gòu)作為承重構(gòu)件,在火災(zāi)狀態(tài)下,遇高溫受熱膨脹,強度降低,再遇冷水急劇收縮,脆性增強,極易失去支撐作用。由于鋼結(jié)構(gòu)整體連接性強,只要局部遭到破壞,就能形成建筑物的整體坍塌和毀滅。
  三、鋼結(jié)構(gòu)的防火保護方式
  鋼結(jié)構(gòu)的防火保護通常有以下幾種方式:
  1、鋼結(jié)構(gòu)防火涂料
  鋼結(jié)構(gòu)防火涂料是施涂于建筑物及構(gòu)筑物的鋼結(jié)構(gòu)表面,能形成耐火隔熱保護層,以提高鋼結(jié)構(gòu)耐火極限的涂料,分為厚型、薄型、超薄型等幾種。厚型涂料呈顆粒狀,涂層厚度通常在8毫米以上,施工方法為噴涂,高溫時依靠涂料本身的厚度及較低的導(dǎo)熱率起到對鋼構(gòu)件的隔熱作用。薄型和超薄型涂料涂層較薄,有一定裝飾效果,施工方法可噴可刷,高溫時涂層膨脹增厚保護鋼構(gòu)件。具有重量輕、施工較簡便,適用于隱蔽結(jié)構(gòu)和裸露的鋼梁、斜撐等鋼構(gòu)件。
  2、澆筑混凝土砌筑磚塊法
  用現(xiàn)澆混凝土作外包層時,可以在鋼結(jié)構(gòu)上現(xiàn)澆成型,也可采用噴涂法(噴射工藝)。現(xiàn)澆的實體混凝土外包層通常可用鋼絲網(wǎng)或鋼筋來加強,以限制收縮裂縫并保證外殼的強度。也可以在施工現(xiàn)場將鋼結(jié)構(gòu)表面涂沫砂漿以形成保護層。砂漿可以是石灰、水泥或石膏砂漿,也可摻入珍珠巖或石棉。外包層也可以用珍珠巖、石棉、石膏或石棉水泥和輕混凝土做成的預(yù)制板,采用膠粘劑和釘子或螺栓固定在鋼結(jié)構(gòu)上。這種方法保護層強度高、耐沖擊,占用空間較大,適用于容易碰撞、無保護面板的鋼柱防火保護。
  3、充水法
  在空心鋼構(gòu)件內(nèi)充水是抵御火災(zāi)最有效的方法,能使鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)時保持較低的溫度。水在結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)循環(huán),受熱的水可經(jīng)冷卻再循環(huán),或由水管引入涼水來取代加熱過的水。這種方法在國外被廣泛地使用在鋼柱的防護中。這種方法造價低,對空心鋼構(gòu)件的防滲漏、防腐蝕要求高,只適用于空心鋼構(gòu)件的保護。
  4、輕質(zhì)防火厚板包覆法
  采用無機防火板材對大型鋼構(gòu)件進行箱式包裹,如石膏板、蛭石板、無石棉硅酸鈣隔熱板等,包板的厚度根據(jù)耐火極限的要求而定。這種方法具有施工方便、裝修面平整光滑、成本低、損耗小、無環(huán)境污染、施工周期短、耐老化等優(yōu)點,推廣前景好,是鋼結(jié)構(gòu)防火保護新的發(fā)展方向。
  5、復(fù)合保護法
  緊貼鋼板用防火涂料或柔性氈狀隔熱材料,外用防火薄板作罩面板。這種方法適用于表面有裝飾要求,一般用于需要粘貼柔性氈狀隔熱材料或涂敷厚質(zhì)防火涂料的鋼柱。

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