论文部分内容阅读
摘要: 本文从钢结构建筑的本身的结构特点和耐火特性、钢结构建筑火灾的危险性入手，说明设计和使用钢结构建筑应注意的防火保护问题，并对钢结构建筑的防火保护方法和措施作了相关的探讨。
关键词: 钢结构；建筑；防火
目前钢结构建筑是一种应用十分广泛的结构形式, 钢结构建筑与其他形式的建筑结构相比,钢结构建筑具有工业化程度高、环保效果好、施工周期短、重量轻、抗震性能好等优点,符合我国国民经济可持续发展的要求。但是对钢结构建筑的设计,我们要做好钢结构的防火保护。钢材作为钢结构建筑的最主要的建筑材料,虽然钢材一种不燃烧的材料,但是钢材本身的热的良导体,非常容易传导热量。钢材在温度超过260 ℃以后, 极限强度和屈服点显著下降,当温度达到650 ℃时，钢材的强度几乎等于零,也就会使钢材失去承载能力,结果钢材产生过大的变形而不能继续工作。因此在使用钢材作为最主要构件的钢结构建筑时必须根据它的热力学特点对钢结构采取有效的防火保护措施。
1、钢结构建筑火灾的危险性
钢结构建筑的致命缺点是耐火性能差。在没有进行防火处理的情况下，虽然钢材本身不会起火燃烧，但是遇高温强度会迅速下降[2] [3]。
钢结构建筑的灭火救援难度大，未经防火保护的钢结构建筑的耐火极限只有15分钟，不利于初期灭火，而且钢结构建筑因为火灾产生的大量的热量和烟雾，又不利于消防人员深入建筑内部去堵截，只能采取外围水枪喷洒降温[1]。
钢结构建筑遇火灾时易产生变形而倒塌，从而造成群死群伤。钢结构建筑内部多为人员密集场所，当火灾发生时极易因慌乱而导致肓目的疏散，不利于安全的疏散。
钢结构建筑的火势发展快、蔓延迅速。因钢结构建筑内部空气流通好、门窗多、跨度大，一旦发生火灾，燃烧猛烈，火势发展快，蔓延途径多，非常容易在强大气流的作用下，形成大面积火灾。
2、钢结构建筑防火的基本要求
确保钢结构建筑使用安全可靠的先决条件是对钢结构建筑采取有效的防火措施,从而可以提高钢结构建筑的耐火极限,采用性能可靠、经济合理的钢结构建筑防火涂料也是钢结构建筑防火防护的一个重要途径。
环保效果好：要求钢结构建筑的防火材料在使用、施工和火灾发生的时候都不应该产生有害气体,不应该产生危害人体健康的有害气体。在目前人们的生活中,室内空气污染已成为危害公众健康的主要因素之一。防火涂料遇火保护钢材基材的同时, 也阻燃成份有可能释放出有毒气体。如果这些有毒有害气体的浓度超过了人体忍受的极限,就会给未逃离火灾现场的人造成伤害。
绝热性能好：钢结构建筑的钢梁、钢柱的防火按一级防火要求的钢柱耐火极限为3小时 ,钢梁耐火极限为2小时 , 二级防火要求钢柱耐火极限为2. 5小时 ,钢梁耐火极限为1. 5小时。当结构表面长期受辐射热达150 ℃以上或在短期内可能受到火焰作用时,应采取有效防护措施,以保证结构在使用期内安全可靠。
3、钢结构建筑防火的方法和措施
钢结构建筑的防火保护常用的方法有喷涂法、包敷法、水淋及充水冷却法几种常见的方法，这些方法的目的都是降低热量传递的速度或带走热量，从而推迟钢结构建筑温升、强度变弱的时问等。这几种方法的基本原理是一致的。下面介绍几种不同钢结构的防火保护措施。
3.1钢结构包敷法防火
包敷法是用固体耐火材料将钢结构彻底包起来。这些固体耐火材料既有不燃性，又有较大的热容量，用作耐火保护层能使构件的升温减缓。如果用砖、混凝土作为钢结构保护层，因其保护层太厚，从而增加了钢结构建筑物自身的荷载，并且混凝土的表层保护层在火灾高温下易于剥落，一般很少采用，目前工程当中一般较多采用无机防火板对钢结构进行包裹。比如硅酸钙板、蛭石板、石膏板等，这种方法损耗小，成本低，施工方便，施工周期短等优点，板的厚度可根据耐火极限来定。
3.2钢结构喷涂法防火
喷涂法就是在钢结构表面涂上一层防火涂料，从而使钢结构形成一个保护膜，进而提高钢结构建筑构件的耐火极限。這种做法的防火原理是涂层对钢基材起屏蔽作用，使钢结构不至于直接暴露在火焰高温中；涂层吸热后部份物质分解放出的水蒸气或其它不燃气体，起到消耗热量，降低火焰温度和燃烧速度，且稀释氧气的作用；涂层本身多孔轻质和受热后形成碳化泡沫层，延缓了热量向钢基材传递的时间。对钢结构进行防火保护是多种多样的。但是当前应用最广泛的防火保护方法就是涂刷钢结构防火涂料。这种方法有利于钢结构建筑的梁柱结点和桁架处理。
3.3钢结构充水冷却法
钢结构充水冷却是在空心封闭的柱中充满水，火灾时构件把从火中吸收的热量传递给柱中的水，通过水的蒸发消耗热量或通过循环把热量导走，构件温度便可保持在100℃左右。钢结构冲水冷却法工作原理就是相当于构件是盛满水的容器，象烧水一样加热容器，容器中的水分不断的被蒸发掉。只要钢结构柱中有足够的水，构件吸收的热量将不断地被水耗掉或导走。温度就不至于过高而影响钢结构的强度。冷却水由供水管网提供。当柱高度过大时，可分为几个循环系统，以防止柱底水压过大，为防止锈蚀或水的冰结，水中应掺加阻锈剂和防冻剂。蒸气由排气口排出。充水法通过水气蒸发散热，又能借水的温差形成循环，把热量导向非火灾区温度较低的柱，从而使构件保持较低的温度，保证钢结构的结构安全 [4] [5]。
3.4钢结构水喷淋法防火
水喷淋法是在钢结构建筑结构的上部设置水喷淋管网和喷头。当钢结构建筑发生火灾时，水喷头受热后自动打开并且向建筑构件喷水，使建筑构件表面形成连续的流动水膜，从而可带走大量的热量，使得钢结构构件的温度不至于过高，由此提高结构的耐火极限。
4、结语
钢结构建筑丰富了建筑结构的形式，为人们提供了大量的丰富多彩的建筑，给人们带来了美妙的视觉效果，同时也为建筑艺术的发展提供了的技术支撑。目前随着我国的经济和技术的发展，人们对建筑安全的要求越来越高，对各种灾害的防范工作日益重视，尤其是火灾。加强钢结构建筑材料的耐火性能，使钢结构建筑材料本身能够阻止火灾的发生或蔓延，是钢结构防火保护研究和发展的重点。只要我们重视其防火保护问题，不断研究、探索防火保护的新材料、新工艺，就能扬长避短，就可使钢结构建筑更为广泛地使用 [6] [7]。
关键词: 钢结构；建筑；防火
目前钢结构建筑是一种应用十分广泛的结构形式, 钢结构建筑与其他形式的建筑结构相比,钢结构建筑具有工业化程度高、环保效果好、施工周期短、重量轻、抗震性能好等优点,符合我国国民经济可持续发展的要求。但是对钢结构建筑的设计,我们要做好钢结构的防火保护。钢材作为钢结构建筑的最主要的建筑材料,虽然钢材一种不燃烧的材料,但是钢材本身的热的良导体,非常容易传导热量。钢材在温度超过260 ℃以后, 极限强度和屈服点显著下降,当温度达到650 ℃时，钢材的强度几乎等于零,也就会使钢材失去承载能力,结果钢材产生过大的变形而不能继续工作。因此在使用钢材作为最主要构件的钢结构建筑时必须根据它的热力学特点对钢结构采取有效的防火保护措施。
1、钢结构建筑火灾的危险性
钢结构建筑的致命缺点是耐火性能差。在没有进行防火处理的情况下，虽然钢材本身不会起火燃烧，但是遇高温强度会迅速下降[2] [3]。
钢结构建筑的灭火救援难度大，未经防火保护的钢结构建筑的耐火极限只有15分钟，不利于初期灭火，而且钢结构建筑因为火灾产生的大量的热量和烟雾，又不利于消防人员深入建筑内部去堵截，只能采取外围水枪喷洒降温[1]。
钢结构建筑遇火灾时易产生变形而倒塌，从而造成群死群伤。钢结构建筑内部多为人员密集场所，当火灾发生时极易因慌乱而导致肓目的疏散，不利于安全的疏散。
钢结构建筑的火势发展快、蔓延迅速。因钢结构建筑内部空气流通好、门窗多、跨度大，一旦发生火灾，燃烧猛烈，火势发展快，蔓延途径多，非常容易在强大气流的作用下，形成大面积火灾。
2、钢结构建筑防火的基本要求
确保钢结构建筑使用安全可靠的先决条件是对钢结构建筑采取有效的防火措施,从而可以提高钢结构建筑的耐火极限,采用性能可靠、经济合理的钢结构建筑防火涂料也是钢结构建筑防火防护的一个重要途径。
环保效果好：要求钢结构建筑的防火材料在使用、施工和火灾发生的时候都不应该产生有害气体,不应该产生危害人体健康的有害气体。在目前人们的生活中,室内空气污染已成为危害公众健康的主要因素之一。防火涂料遇火保护钢材基材的同时, 也阻燃成份有可能释放出有毒气体。如果这些有毒有害气体的浓度超过了人体忍受的极限,就会给未逃离火灾现场的人造成伤害。
绝热性能好：钢结构建筑的钢梁、钢柱的防火按一级防火要求的钢柱耐火极限为3小时 ,钢梁耐火极限为2小时 , 二级防火要求钢柱耐火极限为2. 5小时 ,钢梁耐火极限为1. 5小时。当结构表面长期受辐射热达150 ℃以上或在短期内可能受到火焰作用时,应采取有效防护措施,以保证结构在使用期内安全可靠。
3、钢结构建筑防火的方法和措施
钢结构建筑的防火保护常用的方法有喷涂法、包敷法、水淋及充水冷却法几种常见的方法，这些方法的目的都是降低热量传递的速度或带走热量，从而推迟钢结构建筑温升、强度变弱的时问等。这几种方法的基本原理是一致的。下面介绍几种不同钢结构的防火保护措施。
3.1钢结构包敷法防火
包敷法是用固体耐火材料将钢结构彻底包起来。这些固体耐火材料既有不燃性，又有较大的热容量，用作耐火保护层能使构件的升温减缓。如果用砖、混凝土作为钢结构保护层，因其保护层太厚，从而增加了钢结构建筑物自身的荷载，并且混凝土的表层保护层在火灾高温下易于剥落，一般很少采用，目前工程当中一般较多采用无机防火板对钢结构进行包裹。比如硅酸钙板、蛭石板、石膏板等，这种方法损耗小，成本低，施工方便，施工周期短等优点，板的厚度可根据耐火极限来定。
3.2钢结构喷涂法防火
喷涂法就是在钢结构表面涂上一层防火涂料，从而使钢结构形成一个保护膜，进而提高钢结构建筑构件的耐火极限。這种做法的防火原理是涂层对钢基材起屏蔽作用，使钢结构不至于直接暴露在火焰高温中；涂层吸热后部份物质分解放出的水蒸气或其它不燃气体，起到消耗热量，降低火焰温度和燃烧速度，且稀释氧气的作用；涂层本身多孔轻质和受热后形成碳化泡沫层，延缓了热量向钢基材传递的时间。对钢结构进行防火保护是多种多样的。但是当前应用最广泛的防火保护方法就是涂刷钢结构防火涂料。这种方法有利于钢结构建筑的梁柱结点和桁架处理。
3.3钢结构充水冷却法
钢结构充水冷却是在空心封闭的柱中充满水，火灾时构件把从火中吸收的热量传递给柱中的水，通过水的蒸发消耗热量或通过循环把热量导走，构件温度便可保持在100℃左右。钢结构冲水冷却法工作原理就是相当于构件是盛满水的容器，象烧水一样加热容器，容器中的水分不断的被蒸发掉。只要钢结构柱中有足够的水，构件吸收的热量将不断地被水耗掉或导走。温度就不至于过高而影响钢结构的强度。冷却水由供水管网提供。当柱高度过大时，可分为几个循环系统，以防止柱底水压过大，为防止锈蚀或水的冰结，水中应掺加阻锈剂和防冻剂。蒸气由排气口排出。充水法通过水气蒸发散热，又能借水的温差形成循环，把热量导向非火灾区温度较低的柱，从而使构件保持较低的温度，保证钢结构的结构安全 [4] [5]。
3.4钢结构水喷淋法防火
水喷淋法是在钢结构建筑结构的上部设置水喷淋管网和喷头。当钢结构建筑发生火灾时，水喷头受热后自动打开并且向建筑构件喷水，使建筑构件表面形成连续的流动水膜，从而可带走大量的热量，使得钢结构构件的温度不至于过高，由此提高结构的耐火极限。
4、结语
钢结构建筑丰富了建筑结构的形式，为人们提供了大量的丰富多彩的建筑，给人们带来了美妙的视觉效果，同时也为建筑艺术的发展提供了的技术支撑。目前随着我国的经济和技术的发展，人们对建筑安全的要求越来越高，对各种灾害的防范工作日益重视，尤其是火灾。加强钢结构建筑材料的耐火性能，使钢结构建筑材料本身能够阻止火灾的发生或蔓延，是钢结构防火保护研究和发展的重点。只要我们重视其防火保护问题，不断研究、探索防火保护的新材料、新工艺，就能扬长避短，就可使钢结构建筑更为广泛地使用 [6] [7]。