建筑钢结构耐火性能的改善(doc6)(1).docx

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1、建筑钢结结构耐火火性能的的改善张 军军（马鞍山山市公安安局花山山分局消消防科，安安徽 马鞍山山 24430000）摘 要：钢结构构作为建建筑结构构的一种种形式，在在建筑业业中得到到广泛应应用。本本文分析析了建筑筑钢结构构耐火性性能较差差的原因因，指出出对建筑筑钢结构构必须进进行一定定的防火火处理。最后介介绍了几几种改善善钢结构构耐火性性能的改改善方法法。关键词：钢结构构；耐火火性能；防火设设计中图分类类号：文文献标识识码：Imprroveemennts of firre-rresiistaant cappabiilitty oof ssteeelsttruccturre iin bbuilld

2、inngZHANNGJuun（ Fiire Figghtiing Secctioon ,Maansshann Puubliic SSafeety Bureeau Huaashaan BBrannch, Maaannshaan24430000,CChinna）Absttracct：AAs oone kinnd oof sstruuctuure, stteellstrructturee iss wiidelly uusedd inn arrchiiteccturre aand buiildiing inddusttry.Reaasonns wwhy steeelsstruuctuure is rr

3、elaativvelyy pooor aree annalyyzedd inn thhis papper, diispoosall muust be donne tto ssteeelsttruccturre iin bbuilldinng. In thee ennd, sevveraal mmethhodss thhat cann immproove firre-rresiistaant cappabiilitty oof ssteeelsttruccturre aare inttrodduceed.Key worrds：steeelsstruuctuure；firre-rresiistaa

4、nt cappabiilitty；firrereesisstanntdeesiggn 前言钢结构具具有强度度高、自自重轻、抗震性性能好、施工进进度快、结构占占用面积积少、工工业化程程度高等等一系列列优点，它它与混凝凝土结构构相比，环环保且更更有利于于建筑产产业化的的发展。因而高高层、超超高层建建筑和一一些有特特殊要求求的工业业与民用用建筑采采用钢结结构的较较多。目目前，我我国是世世界钢产产量第一一的国家家，有关关部门正正在研究究进一步步在房屋屋建筑中中扩大钢钢结构的的使用范范围。但但从防火火角度看看，钢结结构虽然然是不燃燃烧体，但但很不耐耐火。由由于混凝凝土材料料价格低低廉，可可塑性好好，耐火

5、火性能好好，维护护保养费费低等优优点，目目前钢筋筋混凝土土结构仍仍然是住住宅建筑筑中应用用最广的的结构材材料。因因此提高高钢结构构的耐火火性能是是推广钢钢结构建建筑的关关键。只只有提高高钢结构构的防火火性能才才能充分分发挥钢钢结构节节能建筑筑的优势势。1钢结构构耐火性性能分析析1.1火火灾情况况下钢材材主要性性能的变变化钢结构最最致命的的弱点是是钢的耐耐火性能能非常差差，钢的的内部晶晶体组织织对温度度非常敏敏感，温温度升高高或者降降低都会会使钢材材性能发发生变化化，钢结结构通常常在45506550时就会会失去承承载能力力，发生生很大的的形变，导导致钢柱柱、钢梁梁弯曲，结结果因变变形过大大而不能

6、能继续使使用。图图1、图图2、图图3为钢钢材的机机械性能能与温度度的关系系曲线。从曲线可可以看出出，总的的趋势是是随着温温度的升升高，钢钢材的强强度降低低,变形形增大。在2000以内，钢钢材性能能没有很很大变化化：43305440之间强强度急剧剧下降；6000时强度度很低不不能承担担荷载，此此外在2250附近有有兰脆现现象，约约26003220时有徐徐变现象象。兰脆现象象指温度度在2550左右的的区间内内，抗拉拉强度局局部性提提高，屈屈服强度度有所回回升，强强度提高高而塑性性降低，材材料有转转脆现象象。徐变现象象指在22603220的区间间内，在在应力持持续不变变的情况况下，钢钢材以很很缓慢的

7、的速度继继续变形形的现象象。结合合2000以内材材料性能能无大变变化的性性能看，结结构表面面所受辐辐射温度度应不超超过2000，目前前钢结构构行业规规定这个个温度以以1500为宜，超超过这一一温度就就应该采采取防火火隔热保保护。1.2钢钢材耐火火极限钢虽然为为不燃烧烧材料，但但却是热热的良导导体，一一旦遇到到高温火火焰其支支撑力便便会在一一定时间间内遭到到破坏。根据钢钢构件耐耐火实验验得到的的钢构件件耐火极极限为：式中：tt耐火极极限，mmin；Ts钢钢构件温温度，；F/V构件的的截面系系数，等等于单位位长度构构件的受受火面积积与其体体积的比比值，mm-1。实验表明明，常用用钢结构构构件的的耐

8、火极极限只有有1530mmin。说明未未覆盖耐耐火保护护层的钢钢构件的的耐火极极限距离离防火规规范的要要求距离离很大，根根本不能能满足火火灾情况况下对建建筑防火火的要求求，必须须对普通通钢构件件覆盖耐耐火保护护层。其应用的的实际效效果已经经得到多多起火灾灾的检验验。如某某石化企企业800万吨/年重油油催化裂裂化装置置冷换框框架二层层平台上上的一个个卧式柴柴油中间间罐（封封油罐）因因管线法法兰处的的石棉垫垫片存在在裂纹，造造成柴油油从法兰兰处泄露露，滴落落到平台台下方未未保温的的高温蒸蒸汽管线线，引起起柴油自自燃而起起火，火火灾中由由于柴油油罐受热热后发生生油品外外溢，迅迅速在框框架平台台的一层

9、层和二层层形成较较大范围围的流淌淌火灾。由于该该装置按按照防火火技术规规范，对对装置框框架平台台的承重重钢结构构覆盖了了厚型无无机防火火涂料，因因此在火火灾延续续40mmin内内，未发发生框架架承重钢钢构件的的明显的的受热变变形，保保持了良良好的耐耐火性和和承重性性,而未未进行耐耐火保护护的平台台钢板和和非承重重钢支架架，则发发生了受受热扭曲曲变形。我国现行行建筑设设计防火火规范用用耐火极极限作为为建筑物物构件燃燃烧性能能的判定定标准，从从规范中中可以看看出未加加保护的的钢梁、钢柱、钢制屋屋顶承重重结构的的耐火极极限为00.255h，要要克服钢钢结构材材料在实实际应用用中防火火性能方方面的不不

10、足，必必须对其其进行必必要的防防火处理理，以达达到规范范对相应应的使用用性质和和建筑规规模建筑筑的耐火火等级要要求。美美国9.11恐恐怖事件件表明，钢钢结构不不耐火，是是世贸中中心坍塌塌、人员员大量伤伤亡的重重要原因因。美国国防火规规范对建建筑物的的抗火能能力(耐耐火等级级)的分分级为33小时、2小时时两级，对对承重墙墙和支承承多层的的柱、主主梁等承承重构件件规定其其耐火极极限为44小时；日本的的防火规规范要求求低些，其其相应构构件的耐耐火极限限为23小时时；我国国的高高层民用用建筑设设计防火火规范规规定高层层民用建建筑结构构的耐火火极限，大大致与美美、日相相似，但但略低于于美国的的规定，如如

11、一级耐耐火等级级建筑的的防火墙墙、柱和和承重墙墙、楼梯梯间墙及及梁的耐耐火极限限为3小小时和22小时，没没有4小小时的规规定。如如何提高高钢结构构的耐火火极限是是我们面面临的课课题。2提高钢钢结构耐耐火性能能的途径径钢结构耐耐火极限限低，防防火保护护层易被被破坏，决决定了钢钢结构建建筑必须须重视防防火问题题，鉴于于此，应应采取相相应有效效的消防防安全措措施。钢钢结构建建筑防火火保护方方法要提提高钢结结构防火火性能，就就要阻隔隔火灾热热量向钢钢材的传传递，以以延缓钢钢材温升升的速度度，推迟迟钢构件件达到破破坏时的的临界温温度的时时间。2.1积积极应用用建筑耐耐火钢改革钢结结构的材材料组份份，使其

12、其具有特特定的成成分、表表面结构构和微观观组织，增增强其耐耐火抗高高温的性性能，是是提高钢钢结构建建筑消防防安全系系数的治治本措施施之一。2.2实实施钢结结构防火火保护对钢结构构可采取取混凝土土包覆保保护、外外砌粘土土砖保护护、防火火包覆保保护和防防火涂料料喷涂保保护等措措施，以以提高钢钢结构的的耐火极极限。对对于空心心钢柱也也可采取取在柱内内灌注防防冻防腐腐液、循循环冷却却液体或或填充水水泥的办办法进行行保护。在实施施钢结构构防火保保护措施施的施工工中，必必须保护护到位，不不留盲区区，保证证质量。外包层法法即采用用防火材材料将钢钢构件包包裹起来来，是提提高钢构构件耐火火性能最最常用的的方法：

13、(1)在钢构构件四周周浇抹混混凝土或或砌筑耐耐火砖。采用混混凝土或或耐火砖砖将钢构构件(梁梁、柱)完全封封闭起来来。 (2)采采用轻质质防火板板材作为为防火外外包层。采用纤纤维增强强水泥板板(如TTK板、FC板板)、石石膏板、硅酸钙钙板、蛭蛭石板等等非燃材材料的防防火板将将钢构件件包裹起起来。(3)喷喷涂钢结结构防火火涂料。将钢结结构防火火涂料施施涂于钢钢结构表表面，形形成耐火火隔热保保护层。钢结构构防火涂涂料根据据高温下下涂层变变化情况况分膨胀胀型和非非膨胀型型两大系系列。膨膨胀型防防火涂料料，又称称超薄型型防火涂涂料，厚厚度一般般为1mmm33mm，其其基料为为有机树树脂，阻阻燃体系系为聚

14、磷磷酸铵、季戊四四醇、三三聚氰胺胺。遇火火会自发发膨胀，形形成比原原涂层厚厚度大十十几倍到到数十倍倍的多孔孔碳质层层，用于于钢结构构防火,耐火极极限可达达0.55h11.5hh；非膨膨胀型防防火涂料料，又称称厚涂型型防火涂涂料，厚厚度一般般在7mmm550mmm，其主主要成份份为无机机绝热材材料，遇遇火不膨膨胀，自自身具有有良好的的隔热性性，与厚厚度对应应的耐火火极限可可达0.5h3h。(4)喷射无无机纤维维防火护护层材料料，无机机纤维材材料具有有低密度度、高热热容、低低导热的的突出特特点，并并有很好好的附着着力，在在高温火火场中，厚厚度没有有明显的的变化，护护层不熔熔化、不不脱落，能能够使被

15、被保护构构件达到到5小时时以上的的耐火极极限，尤尤其适用用于耐火火极限要要求比较较高的高高层钢机机构的防防火保护护。近几几年我国国钢结构构建筑发发展迅速速，其防防火保护护方法绝绝大多数数采用喷喷涂防火火涂料的的方法。此外，国国际上少少数钢结结构建筑筑采用水水冷却进进行钢结结构防火火保护。这种钢钢结构的的保护方方法在我我国尚未未采用过过。目前，国国内外通通常是采采取对钢钢结构表表面喷或或涂刷防防火材料料或包裹裹耐火材材料等办办法保护护钢结构构不被火火焰直接接烧烤而而提高其其抗火能能力。国国内外钢钢结构建建筑火灾灾正反两两方面的的经验表表明，钢钢结构防防火喷涂涂的质量量、时效效、涂层层粘结力力、使

16、用用中是否否有松动动、开裂裂或是否否受到大大的冲击击、震动动等等会会直接影影响到钢钢构件的的防火安安全，应应该引起起有关部部门的重重视。为为此,有有关部门门应加强强研究，进进一步采采取可靠靠的安全全措施，保保障钢结结构建(构)筑筑物的消消防安全全。从目目前的情情况看，特特别要研研究耐火火性能好好、时效效长、粘粘结力高高的新的的钢结构构防火材材料；研研制耐高高温价廉廉物美的的金属、非金属属钢结构构复合防防火材料料及轻质质、高强强、耐火火的混凝凝土等新新材料，进进一步提提高钢结结构的耐耐火能力力，应是是我国建建筑界、工程界界和消防防界的新新课题。2.3火火灾模型型的建立立在钢结构构抗火设设计乃至至

17、建筑防防火设计计中，造造成结构构浪费或或结构不不安全的的主要问问题就在在于对规规范的生生硬套用用上，没没有对具具体建筑筑进行具具体分析析。不同同的建筑筑因其使使用功能能不同，诱诱发火灾灾的因素素、火灾灾荷载、蔓延途途径、升升温过程程和火灾灾延续时时间是不不同的。应针对建建筑特点点和使用用功能，认认真分析析火灾的的随机性性，建立立符合具具体的火火灾模型型。确定定易发生生火灾的的部位；计算火火灾荷载载；判定定火灾蔓蔓延途径径；判定定高温烟烟气扩散散方向；计算分分析温升升曲线(考虑自自动灭火火系统的的响应时时间和冷冷却作用用)；分分析局部部构件受受损和结结构的内内力重分分布；判判断结构构倒塌方方向。在在已建立立火灾模模型的基基础上，综综合运用用抗火与与防火设设计。3 结束束语钢结构建建筑在我我国有着着广阔的的发展前前景。但但由于钢钢的使用用性能使使钢结构构的耐火火性能较较差，容容易失去去承载能能力，因因此必须须对钢结结构进行行防火处处理。提提高钢结结构的耐耐火极限限可以采采取的方方法有：1）积积极应用用建筑耐耐火钢，增增强其耐耐火抗高高温的性性能；22）实施施钢结构构防火保保护，提提高钢结结构的耐耐火极限限；3）建建立火灾灾模型，综综合运用用抗火与与防火设设计。