同济大学高等钢结构李国强作业浅谈钢结构防火保护措施.docx

高等钢结构小论文系所：土木工程学院 专业：建筑与土木工程 学号： 姓名： 指导教师：李国强二 零 一 五 年 一 月 九 日浅谈钢结构防火保护措施摘要：本文根据防火原理不同，将钢结构防火保护方式分为两大类：截流法和输导法。前者是在构件表面设置一层保护材料，利用保护材料截断或阻滞火灾产生的热量传向钢构件,从而使构件在规定时间内的温升不超过其临界温度，后者允许热量传到构件上,但设法把热量导走或消耗掉，从而使构件温度不至升高到临界温度,起到保护作用。并分别讨论各种方法的优缺点。关键字：钢结构；防火保护措施；优缺点. 1背景同传统的砖石结构、混凝土结构相比，钢结构具有受荷能力强、自重小、占空体积小、构件制造与安装方便等许多优点,因此越来越广泛地应用于建筑中。特别是大型建筑如展览馆、候机楼、大型商场及工业厂房等不断增多，采用钢结构的建筑也随之不断增加。钢结构自身不燃，但其耐火性能远较砖石结构和混凝土结构差。因此，不作防火保护的钢结构，其火灾的危险性是非常大的。钢本身不会起火燃烧，但在未进行防火处理的情况下，火灾时其强度会迅速下降，一般结构温度达到350、500、600时，强度分别下降13、l2、23。据理论计算，在全负荷情况下，使钢结构失去静态平衡稳定性的临界温度为500左右，而一般火场温度达到8001000，在这样高的温度下，裸露的钢结构会很快出现塑性变形,产生局部破坏，造成钢结构整体倒塌失效。为克服钢材在防火方面的不足，须对钢结构进行必要的防火处理，以便将钢结构中各建筑构件的燃烧性能及耐火极限提高到规范要求范围。1 根据防火原理不同，钢结构防火保护方式分为两大类：截流法和输导法。截流法又可分为喷涂法、包封法、屏蔽法和水喷淋法等几种，疏导法目前仅有充水冷却保护这一方法。本文将具体介绍各种防火措施，并比较其优缺点。2钢结构防火保护措施总的来说，钢结构的防火保护就是在其表面提供一层绝热或吸热的材料，隔绝火焰直接灼烧钢结构，阻止热量向钢基材的传递，推迟钢结构升温和强度降低的时间，使之达到规范规定的耐火极限要求。根据防火原理来区分,钢结构的防火保护方式可分为截流法和输导法两大类2。2.1截流法截流法是在构件表面设置一层保护材料,其原理是利用保护材料截断或阻滞火灾产生的热量传向钢构件,从而使构件在规定时间内的温升不超过其临界温度。实际火灾中,火灾产生的高温首先传给这些保护材料,再由保护材料传给构件。由于保护材料的热导率较小,热容较大,能很好地阻滞热量向构件的传导,从而起到保护钢构件的作用。截流法又可分为喷涂法、包封法、屏蔽法和水喷淋法等几种.2.1.1喷涂法该方法是用喷涂机具将防火涂料直接喷在构件表面，形成保护层；或将粒状无机纤维通过喷射施工方式，喷打在被附着表面（基面）上，粒状棉与粒状棉再相互聚集，从而形成附着面上有一定形状的纤维层材料。喷涂法的特点是施工技术简单,重量轻,适用范围广,具有较好的经济性和实用性；其不足之处是喷涂时污染环境,装饰效果不太好。（1）钢结构防火涂料钢结构防火涂料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。涂层吸热后部分物质分解释放出的水蒸汽或其它不燃气体起到消耗热量、降低火焰温度和燃烧速度、稀释氧气的作用。涂层本身多孔轻质或受热后形成的碳化泡沫层可阻止热量迅速向钢基材传递、推迟钢基材强度的降低，从而提高钢结构的耐火极限。根据高温下的涂层变化情况，钢结构防火涂料可分为膨胀型和非膨胀型两大类，其分类依据详下表。型号代号涂层特性主要成分膨胀型防火涂料（薄型防火涂料）B遇火膨胀，形成多孔碳化层，涂层厚度小于7mm有机树脂为基料，以及发泡剂、阻燃剂、碳化剂等非膨胀型防火涂料（厚型防火涂料）H遇火不膨胀，自身有良好的隔热性，涂层厚度为8mm40mm无机绝热涂料为主，以及无机粘结剂等注：膨胀型涂料中将涂层只有 2mm3mm，耐火极限可达到 1.5h以上的又称之超薄型防火涂料。喷涂防火涂料为最简单、经济、有效的防火方式。价格低、重量轻、施工速度快，适用于形状复杂的钢构件. 具有不燃、无毒、耐老化等优点，尤其适用于永久性建筑。目前国内工程上钢结构防火保护措施通常是采用防火涂料,近年来钢结构防火涂料无论从产品品种、质量还是应用范围都有了长足的发展,在国内己先后研制出厚型、薄型和超薄型钢结构防火涂料多种,国家也颁布了该产品的相关技术规范和标准,这使得钢结构防火涂料在工程中的应用技术更加成熟。（2）喷射无机纤维防火材料无机纤维喷涂是一种新型环保建筑涂料，主要由无机纤维与水基型胶粘剂组成，经拌和后通过空压泵进行喷涂，与雾化水混合喷到需要保护的基材上形成涂层。该涂层可满足吸音、保温、防火保护的要求。 本材料质轻、无毒无味、吸声、耐候性好、高效隔热、耐火可靠，可实现5h以上高耐火极限保护。3喷射无机纤维防火护层材料具有以下优点:1) 对钢、混凝土和木材有很好的附着力。2) 导热率低,尤其是在火场高温下。3) 质量轻,所增加的质量不大,在结构可承受的范围内。4) 在高温火场中,厚度没有明显变化,护层不熔化、不脱落,能够使被保护构件达到5h以上的耐火极限。5) 产品经济,材料费、生产费和施工费的总费用低。6) 安全性好,在火场中不产生有毒有害气体。7) 耐候性好,能长时间经受昼夜温差和四季温差以及紫外线的侵袭。8) 在结构表面附着的防火护层材料,其表面可进行第2次装饰处理。2.1.2包封法包封法是指在钢结构构件表面或外围直接施用防火材料,如砌筑粘土砖、浇注混凝土、钢丝网抹耐火砂浆、包封防火板材等,将裸露的钢构件包封或覆盖起来,从而达到提高钢结构耐火能力的目的。有以下及几种类型：（1）外包混凝土或砌筑砌体。外包材料密度较大，硬度高，材料采用砌筑方式施工，外表面用水泥（或石膏）砂浆粉刷。常用的块状材料有各种粘土砖、粘土空心砖、加气混凝土砌块、陶粒空心砌块等。混凝土材料既不燃，又有大热容量，能有效减缓构件的升温。也可在表面加敷钢丝网，防止表层在高温下剥落，进一步提高耐火性能。这种保护层强度高、耐冲击，占用空间较大，适用于容易碰撞、无保护面板的钢柱防火保护。（2）防火板包覆。防火板根据密度不同可为低密度防火板、中密度防火板和高密度防火板；根据使用厚度的不同可分为防火薄板和防火厚板。常用防火板主要有纸面石膏板、纤维增强水泥板、纤维增强硅酸钙板、水泥蛭石板、水泥珍珠岩板、硅酸钙防火板、岩棉板和玻镁平板等。板间连接可采用钉合及粘合的方法。施工简单、工期短、有利于工业化且复原性较好（3）复合防火保护（即在钢结构表面涂覆防火涂料或采用柔性毡状隔热材料包覆，再用轻质防火板作饰面板）。常用的柔性毡状材料有硅酸铝棉毡、矿渣棉毡、岩棉毡、玻璃棉毡等。综上该方法具有重量轻、干式作业、强度高、耐冲击、施工方便、装饰方便、耐火性能及耐久性优越、防护性能好、损耗较小、成本较低、尺寸稳定、无毒无害等优点。2.1.3屏蔽法屏蔽法是在钢构件的迎火面设置阻火屏障,将构件与火焰隔开,具体方法是把钢构件屏蔽在耐火材料组成的墙体或吊顶内。这种方法比较经济,在火灾时可以使钢结构的升温大为延缓，大大提高钢结构的耐火能力，而且还能增加室内的美观。但只能用于建筑物的某些特殊部位,主要适用于屋盖系统的保护。2.1.4水喷淋法所谓的水喷淋法,就是在钢结构的建筑结构上部设置了水喷淋管网与喷头。当钢结构的建筑发生了火灾的时候,水喷头受热之后就会自动的打开向建筑构件喷水了,这样就使建筑构件的表面形成了连续流动水膜, 火焰蔓延到钢结构表面时，水分蒸发带走热量，延缓钢结构建筑达到其界限温度。这种方法的优点在于可与消防喷淋系统结合统一考虑,而不必再另作防火处理,但只能用于己设置喷淋系统的高层建筑物内。2.2疏导法疏导法与截流法的不同之处在于它允许热量传到构件上,然后设法把热量导走或消耗掉,同样可使构件温度不至升高到临界温度,从而起到保护作用。疏导法目前仅有充水冷却保护这一方法，钢结构的充水冷却,就是往空心的封闭柱中充满水,出现火灾的时侯,构件就会将从火中吸收来的热量传给柱中的水,再通过水的蒸发来消耗热量或者通过循环将热量导走,这样的构件温度是可以保持到100左右。水冷却法既可单根柱自成系统,又可多根柱联通。前者仅依靠水的蒸发耗热;后者既能蒸发耗热,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构件。从理论上讲,这是钢结构保护最有效的方法。充水法造价低，但对构件的防渗漏、防腐蚀要求高，还要保证水源的充足，防止冬季水冰结，并只适用于空心钢构件。此法在国外被广泛的应用在钢构的防火保护中，但在我国实际应用较少。4,53 防火措施比较综合评价上述几种方法, 喷涂法主要优势在施工工艺简便，喷涂后构件外形不发生大的改变；包封法主要优势在于成本较低，防火性能与耐久性好。疏导法和水喷淋法系统造价高、施工与日常维修均比较困难；屏蔽法保护的构件形式有限。 钢结构防火保护措施的采用要考虑多方面因素的影响，如构件类型、施工难易度、施工质量要求、耐久性要求和经济效益等，各种防火措施有各自的优势和不足，在工程运用中，可取长补短，多种防火措施结合使用，并可以通过采取不同措施，设置多道防火防线。4 结语目前应用最广泛的是喷涂法和包封法两种防火保护方式。在我国喷涂法技术比防火板包封法更为成熟,是目前普遍采用的防火保护方法,但近年来国外和某些发达地区己较广泛地使用新型防火板包敷保护钢结构。随着我国经济的发展,防火板包封法做为一项先进的钢结构防火保护技术应用将极具前途。6参考文献1刘磊.浅谈钢结构防火保护措施.科技资讯.2009.2 徐晓楠,周政懋.防火涂料。北京:化学工业出版社,2004.84.3朱明. 付艳玲. 钢结构防火保护方法探讨. 现代商贸工业.2011.4王建.刘玉波. 钢结构防火保护方式的合理选择.消防技术与产品信息.20065葛秀芳. 钢结构防火保护与应用分析. 安徽建筑工业学院学报(自然科学版).2011.66陈鑫.邢君.张坤.浅谈钢结构防火保护问题. 第九届全国现代结构工程学术研会.2009.7GBJ50016-2006.建筑设计防火规范.8CECS200:2006建筑钢结构防火技术规范S.5