鋼結(jié)構(gòu)的防火功能

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建筑自人類產(chǎn)生以來都是人們生活的重要組成部分，但在很長時間里運用的都是石材，木材等。隨著科技的發(fā)展新型材料的運用越來越廣泛，其中鋼材是其中普遍采用的一種。而以鋼結(jié)構(gòu)為主體的建筑是現(xiàn)代空間結(jié)構(gòu)發(fā)展的主流，近年來，鋼結(jié)構(gòu)更加廣泛應用于公共建筑中，我國目前不僅能生產(chǎn)各種類型的建筑鋼材，同時鋼材生產(chǎn)的新技術(shù)、新工藝、新產(chǎn)品日益也增多，如彩鋼壓型板、彩鋼復合板、彩鋼扣板、拱形廠房及彩鋼制品等的生產(chǎn)，使建筑結(jié)構(gòu)充滿現(xiàn)代化時代氣息，實際證明鋼結(jié)構(gòu)建筑在我國更具有廣闊的發(fā)展前景。2001年9月11日，位于美國紐約市中心的世貿(mào)大廈遭到恐怖分子的襲擊，在先后遭受兩架民航客機的撞擊后，僅過了20多分鐘，這幢摩天大樓便轟然倒塌，造成了數(shù)千人的重大傷亡。世貿(mào)大廈是美國經(jīng)濟繁榮的象征，如此龐大的建筑為何這般不堪一擊，建筑專家們眾說紛紜，但有一條是肯定的，那就是和這幢建筑的全鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造有很大的關系。首先是鋼構(gòu)件遭到劇烈撞擊，造成防火保護層松脫，緊接著大量泄漏的航空燃料在建筑內(nèi)部猛烈燃燒造成樓內(nèi)溫度急劇上升，在高溫作用下，無保護層的鋼構(gòu)件很快失去強度和承載能力，最終上演世貿(mào)大廈在瞬間化為烏有的人間慘劇。 一方面鋼結(jié)構(gòu)具有強度高、受荷能力強、自重輕、占空體積小、構(gòu)件制造與安裝方便等優(yōu)點，但是鋼材就其自身耐火性能來講，遠低于磚石和鋼混結(jié)構(gòu)；另一方面，越來越多的大型建筑如展覽館、候機樓、大型商場和高級賓館及工業(yè)廠房等不斷增多，采用鋼結(jié)構(gòu)的建筑也隨之不斷增加。鋼結(jié)構(gòu)的防火問題不容回避。

　　一、現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)的建筑特點

　?。ㄒ唬╊A工程化程度高，建設成本降低，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)建筑的預工程化使材料加工和安裝一體化，大大降低了建設成本；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。

　?。ǘ┙ㄖc結(jié)構(gòu)的設計與功能一體化，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)點從很大程度上導致并制約著建筑的形象。建筑與結(jié)構(gòu)的設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?，F(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)建筑的火災危險性

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　　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、荷載能力等均會應溫度的升高而急劇下降，當鋼構(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，熱量會迅速傳導至內(nèi)部，溫升快，科學實驗和火災實例均表明，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。

　?。ǘ┛缍却?、空間大，火災蔓延迅速

　　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，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。

　?。ㄈ┱w連接性強，易變形倒塌。

　　鋼結(jié)構(gòu)作為承重構(gòu)件，在火災狀態(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）?，F(xiàn)澆的實體混凝土外包層通?？捎娩摻z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)充水是抵御火災最有效的方法，能使鋼結(jié)構(gòu)在火災時保持較低的溫度。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。