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鋼結構知識點
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鋼結構工程鋼構件的耐火與防火保護
2019.12.25

近年來,鋼結構建筑應用在各個行業之中也越來越常見,無論是多高層建筑結構還是大跨度的橋梁以及各個行業之中都有所應用,既可以作為框架(framework)的主要建造成分也可以是作為單一的支撐結構部分,可以根據需求使用在不同部位之上。鋼結構工程類型分為多種多樣,可以是天橋,雨棚,閣樓,也可以是鋼結構工程,倉庫,辦公樓,只要是需要使用到鋼結構部分的結構,都可以作為鋼結構工程。

鋼結構(工程結構)工程具有造型美觀大方、色彩明目、建筑體型多樣化、造價低、建設周期短、鋼構件生產(Produce)工廠化程度高、安裝施工簡便、平面布局靈活,同時鋼材具有重量輕、材質均勻便于設計計算、可回收利用等諸多優點,越來越在現代工業鋼結構工程中大量被采用。但鋼結構工程也有一個致命的缺點就是不耐火。鋼材雖是不燃材料,但是在明火高溫作用下,隨著溫度的提高,其力學指標會發生很大的改變,承載力和平衡穩定性會隨溫度升高而大幅度下降(descend),在500攝氏度左右時,降低(reduce)幅度更為明顯,一般在15分鐘左右就會因喪失承重能力而垮塌。

因此,對建筑鋼結構工程采取保護措施。一是對鋼構件自身進行耐火保護,使其在火災溫度升高時不快速超過臨界溫度,規定時間內鋼結構在火災中也能保證穩定性(The stability of),保障人員及財產安全;二是可對工業鋼結構工程內部設置有效的防火分區,防止火勢向其他區域蔓延、擴散。

一、鋼結構工程鋼構件的耐火保護

由于鋼構件自身達不標準要求的耐火極限,因些需要對鋼構件采取相應的耐火保護措施。 常用的耐火保護措施有防火涂料法、發泡防火漆法和外包防火層法

1、防火涂料法

防火涂料法就是在鋼結構上噴涂防火涂料以提高其耐火極限。目前,我國鋼結構防火涂料主要分為薄涂型和厚涂型兩類,即薄型(B類,包括超薄型)和厚型(H類)。薄型涂層厚度在7mm以下,在火災時能吸熱膨脹(inflate)發泡,形成泡沫狀炭化隔熱層,從而阻止熱量向鋼結構傳遞,延緩鋼結構溫度(temperature)的提升,起到防火保護作用。其主要優點是:涂層薄,對鋼結構負荷輕,裝飾性較好,對小面積復雜形狀的鋼結構表面的涂抹工作比厚型要容易;厚型涂層厚度為8-50mm,涂層受熱不發泡,依靠其較低的導熱率來延緩鋼結構溫度的提升,從而起到防火保護作用。兩者具有不同的性能特點,分別適用于不同場合,但是,無論那種產品均應通過國家檢測機構檢測合格,方可選用。

關于防火涂料的噴涂一定要注意一下幾點

a、噴涂層太薄

鋼結構噴涂防火涂料的目的,是為了提高鋼結構的耐火極限。鋼結構耐火極限的性能指標(target aim)與噴涂厚度密切相關。同種類的防火涂料,噴涂的厚度不同,其耐火極限也不一樣。如鋼結構的防火涂料的厚度不按設計要求噴涂,鋼材的耐火極限就不可能達到消防的要求。據統計,噴涂層太薄,這類問題占25%。

b、噴涂表面有乳突

為了確保涂層表面均勻平整,噴涂厚度又要符合要求,鋼結構(工程結構)工程,《鋼結構防火涂料應用技術規范》第3.4.5條,厚涂型鋼結構防火涂料施工中明確要求:噴涂后的涂層,應剔除乳突,確保均勻平整。

c、選擇類型不對

不同類型的防火涂料,在鋼結構上噴涂的厚度不同,而其耐火極限也是不相同的。不同部位的鋼結構,噴涂不同類型的防火涂料,才能保證鋼結構的耐火極限達到防火要求。如選錯了類型,即便噴涂層達到了厚度,也不會達到防火要求。

2、發泡防火漆法

發泡防火漆是由成膜劑、阻燃劑、發泡劑等多種材料制造而成的一種阻燃涂料。防火漆與一般油漆相比,在物理性能方面基本一樣,不同的是它干燥以后,漆膜(paint film)本身不易燃燒,遇火時,能推遲火焰延燒到涂漆的可燃物上,具有一定的防火性能。據試驗:將一般油漆與防火漆分別涂在木板上,干燥后,用同樣的火焰烘烤,涂一般油漆的木板,不到2分鐘就和油漆一起焦灼;而涂非膨脹型防火漆的木板,2分鐘后僅出現陰燃現象,靜置30秒后立即熄滅;涂膨脹型防火漆的木板,即使烘烤15分鐘,連陰燃現象也未出現。由此可見,用防火漆涂于物體表面,一旦發生火災,的確能在定時間里阻止火勢蔓延,保護物體表面,從而為滅火取寶貴的時間。

3、外包防火層法

外包防火層法就是在鋼結構外表添加外包層,可以現澆成型,也可以采用噴涂法。現澆成型的實體混凝土外包層通常用鋼絲網(steel wire mesh)或鋼筋(英文:steel bar)來加強,以限制收縮裂縫,并保證外殼的強度。噴涂法可以在施工現場對鋼結構表面噴涂石灰水泥或是石膏砂漿以形成保護層,也可以摻入珍珠巖或石棉。同時外包層也可以用珍珠巖、石棉、石膏或石棉水泥、輕混凝土做成預制板,采用膠粘劑、釘子、螺栓固定在鋼結構上。

二、鋼結構工程的防火分區

防火分區是指采用防火分隔措施劃分出的、能在一定時間內防止火災向同一建筑的其余部分蔓延的局部區域(空間單元)。在建筑物內采用劃分防火分區這一措施,可以在建筑物一旦發生火災時,有效地把火勢控制在一定的范圍內,減少火災損失,同時可以為人員安全疏散、消防撲救提供有利條件。常用的防火分區做法有設置防火墻(作用:信息安全防護)和設置獨立水幕,但由于工業生產鋼結構(工程結構)工程的特殊性(particularity),這兩種方法均有缺點。

1、防火墻

用防火墻將鋼結構工程分隔開來控制火勢蔓延,在民用建筑是常用辦法,但在工業鋼結構工程中,不僅因為鋼結構工程大空間被分割后影響其通透性,而且從生產工藝的連續(Continuity)性要求心以及鋼結構工程內物流組織的;若從生產管理的角度看,也不利于生產管理。

2、獨立水幕

水幕可以起防火墻的作用,用獨立水幕作防火分隔,是一個非常好的方案。防火水幕帶宜采用噴霧型噴頭,也可采用雨淋式水幕噴頭。水幕噴頭的排列不應少于3排,防火水幕帶形成的水幕寬度不宜小于5m。這種分隔方式靈活,不像防火墻要把車間截斷,理論上多大跨度都可以。在正常生產時,就好象它不存在,一旦有火災需要防火分隔時,它可以立即實現有效分隔。但獨立水幕作防火分區分隔也有不足之處:首先是需水量大;其次是鋼結構工程內發生火災開始往往是局部的,只需幾個滅火器就能解決問題,可此時若啟動水幕,會對生產設備造成破壞,由此造成的損失比局部火災的損失更大。因此需嚴格控制水幕的啟動時機,防止誤動,所以設計時采用人工手動啟動更合適;還有就是有效維護麻煩。

三、總結

綜上所述,目前建筑鋼結構(工程結構)工程的耐火保護和防火分區分別采用防火涂料法和獨立水幕是較普遍的方法,但是由于鋼結構工程因生產需要,實際應用時各方法也都有不如意的地方。我們仍需在實踐中不斷探索,以便找出更好的防火措施,在硬件上保障人員和財產安全。

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