【摘要】隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，建筑工程成為一項(xiàng)重要的經(jīng)濟(jì)來源之一，在建筑工程中，鋼結(jié)構(gòu)的性能對工程具有足夠的影響意義，因?yàn)榛馂?zāi)而引起的鋼結(jié)構(gòu)的破壞會(huì)造成大量的損失，因此做好鋼結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計(jì)以及防火保護(hù)具有重要的作用意義。本文主要針對鋼結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計(jì)以及防火保護(hù)，進(jìn)行了說明，提供設(shè)計(jì)參考。
　　【關(guān)鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)，抗火設(shè)計(jì)，防火保護(hù)
　　一.前言
　　近年來，因?yàn)榛馂?zāi)引起的鋼結(jié)構(gòu)破壞，生命財(cái)產(chǎn)安全得不到徹底的保證屢屢發(fā)生，探討鋼結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計(jì)及防火保護(hù)至關(guān)重要。進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計(jì)以及防火保護(hù)，可以避免鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中短時(shí)間因?yàn)闇囟绕茐慕Y(jié)構(gòu)性能。下面將進(jìn)一步探討鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)及防火保護(hù)的相關(guān)內(nèi)容。
　　二.傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的缺陷
　　鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限是指構(gòu)件在標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)中，從受到火的作用時(shí)起，直到失去完整性或穩(wěn)定性為止，這段所起到抵抗火作用的時(shí)間。耐火極限不僅是進(jìn)行建筑物防火構(gòu)造設(shè)計(jì)與制定災(zāi)后修復(fù)方案的科學(xué)依據(jù)，同樣也是劃分建筑物耐火等級的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
　　傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限主要通過實(shí)驗(yàn)確定。當(dāng)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)時(shí)，對于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對比得出。但由于建筑物千變?nèi)f化，而建筑抗火設(shè)計(jì)在要求本質(zhì)上也各不相同，因此傳統(tǒng)的抗火性能化設(shè)計(jì)科學(xué)性并不強(qiáng)，許多結(jié)構(gòu)工程師對于結(jié)構(gòu)抗火的性能化設(shè)計(jì)觀念也比較淡薄。其缺陷具體體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：
　　1.在規(guī)定的結(jié)構(gòu)耐火極限需求方面沒有直接反映出結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)，以保證人的生命安全為最重要的目標(biāo)，而是根據(jù)火災(zāi)的危險(xiǎn)性和建筑的重要性，對不同建筑中不同結(jié)構(gòu)夠的耐火極限要求進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)定，造成不必要的浪費(fèi)或者無法滿足人員逃生的需求。
　　2.在結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐火能力的確定方面，沒有充分考慮火災(zāi)升溫以及結(jié)構(gòu)整體作用對構(gòu)件耐火能力的影響。在實(shí)際中，建筑真實(shí)火災(zāi)升溫與標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫存在著差別。同時(shí)結(jié)構(gòu)構(gòu)件因周邊其余構(gòu)件的約束，其耐火能力往往與無約束的構(gòu)件存在較大的差別。
　　3.在結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)要求方面，往往無法兼顧業(yè)主的要求。在結(jié)構(gòu)抗火性能化設(shè)計(jì)中，對業(yè)主提出的結(jié)構(gòu)完整度的要求，也應(yīng)進(jìn)行接受。
　　正是由于傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)抗火性能化設(shè)計(jì)中的缺陷，結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)正逐漸從基于實(shí)驗(yàn)的傳統(tǒng)方法，轉(zhuǎn)變?yōu)榛�于性能的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。
　　三.我國鋼結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計(jì)方法
　　依靠計(jì)算的鋼結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計(jì)方法為我國第一部的鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)《上海市鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)程》(報(bào)批稿)所采用,它有效的克服了依靠試驗(yàn)中鋼結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計(jì)所存在的問題,其計(jì)算的過程如下：
　　1.設(shè)定一定的防火被覆厚度,采取確定的防火措施。
　　2.確定高溫下的鋼材料參數(shù),通過計(jì)算結(jié)構(gòu)中該構(gòu)件的溫度及外荷載作用下的內(nèi)力。
　　3.計(jì)算構(gòu)件在一定的防火措施及耐火極限條件下內(nèi)部的溫度。
　　4.進(jìn)行荷載的效應(yīng)組合
　　
　　式中
　　γG———永久荷載的分項(xiàng)系數(shù),取1.0；
　　γQi———樓面或屋面的活載分項(xiàng)系數(shù),取0.7；
　　γw———風(fēng)載的分項(xiàng)系數(shù),取0或0.3,選不利情況；
　　γF———溫度效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù),取1.0；
　　S———荷載的組合效應(yīng)；
　　Gk———永久荷載的標(biāo)準(zhǔn)值；
　　Qik———樓面或屋面的活標(biāo)準(zhǔn)值；
　　Wk———風(fēng)載的標(biāo)準(zhǔn)值；
　　T———構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的溫度變化(考慮溫度的效應(yīng))；
　　CG、CQi、CW、CF———永久的荷載、樓面或屋面活載、風(fēng)載和溫度的效應(yīng)系數(shù)。
　　5.根據(jù)構(gòu)件及受載的類型,進(jìn)行構(gòu)件的耐火承載力極限狀態(tài)的驗(yàn)算。驗(yàn)算要求:S≤R式中,R為按3確定的溫度條件下的構(gòu)件的極限承載力。
　　6.如果設(shè)定的防火被覆厚度過大或過小,可將防火被覆的厚度進(jìn)行調(diào)整,重復(fù)上述1—5。
　　四.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的防火設(shè)計(jì)方法探析
　　鋼結(jié)構(gòu)的防火保護(hù)措施可以分為主動(dòng)防火和被動(dòng)防火兩大類。
　　主動(dòng)防火是指采用直接的措施來限制火災(zāi)發(fā)生和發(fā)展的技術(shù)，如建筑物的煙氣控制技術(shù)、防火安全設(shè)計(jì)技術(shù)、火災(zāi)探測報(bào)警技術(shù)、噴水滅火或其他滅火技術(shù)等。
　　被動(dòng)防火主要指采用間接的措施延緩鋼構(gòu)件到達(dá)臨界溫度的時(shí)間，如提高建筑構(gòu)件耐火性能、鋼結(jié)構(gòu)防火涂料保護(hù)法、防火板保護(hù)法、混凝土防火保護(hù)法、內(nèi)部通水冷卻法、設(shè)置卷材保護(hù)法等，它們通過阻斷熱流或減小熱流傳播速度來為鋼結(jié)構(gòu)提供了足夠的耐火時(shí)間，由于被動(dòng)防火施工方便從而受到人們的普遍歡迎，而以前三種方法應(yīng)用較多。有的技術(shù)同時(shí)具有主動(dòng)防火和被動(dòng)防火，如針對建筑物的火災(zāi)防治做出總體規(guī)劃，應(yīng)用各類消防技術(shù)，但主要體現(xiàn)在主動(dòng)防火。
　　1.噴涂防火涂料法
　　噴涂防火涂料法是一般鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法中的主要方法，其設(shè)計(jì)的原理通過在鋼結(jié)構(gòu)表面涂抹一層防火涂料從而阻滯火災(zāi)發(fā)生時(shí)熱量的傳遞，延遲鋼結(jié)構(gòu)喪失承載力的時(shí)間，為火災(zāi)的營救提供了更多的時(shí)間。防火涂料一般具有很好的隔熱性，具有一定得粘結(jié)強(qiáng)度，在正常使用、裝修以及火災(zāi)發(fā)生時(shí)的溫度條件下不會(huì)脫落，且具有一定的抗沖擊能力，對鋼材不具有腐蝕性，也不含有對人體健康造成危害的化學(xué)物質(zhì)。噴涂防火涂料方法由于其施工工藝簡單，防火效果良好，為設(shè)計(jì)師們所普遍采用。
　　2.防火板阻隔法
　　防火板阻隔法多用于大型的鋼結(jié)構(gòu)建筑，它的原理就是利用耐火材料制成耐火板，并將其機(jī)械的固定于鋼結(jié)構(gòu)四周，由于耐火板的隔熱性，阻滯了火災(zāi)時(shí)溫度的傳遞，延緩了鋼結(jié)構(gòu)在高溫下條件下的屈服時(shí)間，從而為火災(zāi)營救爭取充分的時(shí)間。防火板隔熱方法尤其優(yōu)點(diǎn)也有其缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)是其采用的耐火材料對人體無害，由于大批量的應(yīng)用也可以工業(yè)化生產(chǎn)，工業(yè)化生產(chǎn)的耐火板尺寸統(tǒng)一，整齊美觀，耐火時(shí)間長，可達(dá)4小時(shí)；缺點(diǎn)是現(xiàn)場施工速度較慢，工藝流程較多、較復(fù)雜，相比較噴涂防火涂料法而言，顯然在工期上要有所不足。因此一般大型的，重要的鋼結(jié)構(gòu)才采用這種方法，且一般為鋼柱使用，尺寸統(tǒng)一，施工相對簡單些。
　　3.充水法
　　充水法是鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)方法中很有效的一種方法，其原理是在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在鋼結(jié)構(gòu)中預(yù)留孔隙，在施工后將水注入孔隙，一邊注水，一邊抽水，保證水體在鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部循環(huán)，這樣當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，由于水體的循環(huán)將鋼結(jié)構(gòu)溫度帶走，阻滯其溫度的上升，從而延長其喪失承載力的時(shí)間，有效地為火災(zāi)營救贏得時(shí)間。這種方法造價(jià)低廉，但是需要專人維護(hù)，鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)過程中還需要預(yù)留孔隙，對孔隙的密封性，和鋼結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性要求相當(dāng)高，因此運(yùn)行維護(hù)較困難，技術(shù)含量高，運(yùn)行費(fèi)用也很高，一般的鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)中很少采用。
　　4.澆筑混凝土法或砌磚法
　　澆筑混凝土法是在鋼結(jié)構(gòu)安裝好以后采用在鋼結(jié)構(gòu)四周澆筑混凝土的方法來阻滯火災(zāi)發(fā)生時(shí)的熱量傳遞。由于混凝土和鋼結(jié)構(gòu)粘結(jié)不牢固，一般還需采用鋼筋或者鋼絲網(wǎng)等加強(qiáng)措施，以增加鋼結(jié)構(gòu)和混凝土的連接，同時(shí)也增加了混凝土與鋼結(jié)構(gòu)聯(lián)合體的強(qiáng)度。這種方法混凝土的防護(hù)層具有高強(qiáng)度和耐沖擊性占用空間較大等特點(diǎn)，一般適用于容易碰撞、無保護(hù)面板的停車棚，或者鋼結(jié)構(gòu)廠房中的鋼柱防火保護(hù)。
　　除在鋼結(jié)構(gòu)四周澆筑混凝土之外，還可以在鋼結(jié)構(gòu)四周砌筑磚塊，減緩鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)時(shí)達(dá)到耐火極限。此種方法與前者相似，就不再介紹了。
　　5.復(fù)合保護(hù)法
　　在一些鋼結(jié)構(gòu)建筑需要裝飾裝修時(shí)，一般采用復(fù)合保護(hù)法。其一般做法為在緊貼鋼板處首先噴涂防火涂料或黏貼柔性氈狀隔熱材料，然后在使用防火薄板作罩面板。這樣就增加了鋼結(jié)構(gòu)的可裝飾性和美觀性，使鋼結(jié)構(gòu)建筑更加適宜居住。這種方法一般在鋼結(jié)構(gòu)住宅中使用較多。
　　五.結(jié)束語
　　綜上所述，鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)及防火保護(hù)在建筑工程中的應(yīng)用越來越廣泛，是鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，這就需要相關(guān)工作者不斷的努力突破，完善并得到最佳的抗火設(shè)計(jì)方案和防火保護(hù)。
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