鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的建筑防火設(shè)計探究

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；工業(yè)廠房；防火設(shè)計 

　　鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能很差，但是鋼材本身并不燃燒，只是火災(zāi)高溫下，鋼材的強度和剛度都明顯下降，以致難以承受荷載，并最終導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)的垮塌。在 200℃以內(nèi)，鋼材性能沒有很大變化；在430-540℃之間強度急劇下降；600℃時強度很低不能承擔荷載。正是由于鋼材的這種物理性能，火災(zāi)情況下，當溫度達到 450-650℃時，鋼結(jié)構(gòu)就會失去承載能力，發(fā)生較大變形，導(dǎo)致鋼柱、鋼梁彎曲，最終因變形過大而不能繼續(xù)工作，甚至垮塌。本文就鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的防火措施就行了具體闡述。 

　　1 鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的防火措施 

　　（一）膨脹漆覆蓋法 

　　將膨脹漆用噴涂、刷或者抹的方式在處理過的構(gòu)件的表面形成保護膜，最高可達到2小時的耐火時間。膨脹漆防火材料的覆蓋層在遇高溫時能自然的膨脹成泡沫狀，從而形成一層厚度可達原防火層厚度數(shù)十倍的隔熱層，從而降低鋼構(gòu)件的升溫速率。但這種方法不適用于潮濕環(huán)境，而僅適于在干燥的室內(nèi)環(huán)境。 

　�。ǘ�）水泥磚填充法 

　　對于H型鋼柱，在其翼緣以及腹板間空隙處填入水泥磚來降低構(gòu)件的表面曝火面積，并使截面上產(chǎn)生不同的溫度區(qū)域，進而達到降低構(gòu)件受熱的速率及提高抗火性的目的。采用這種方法可達到3O分鐘左右的耐火時間，若需更高抗火時效，就須對暴露的鋼構(gòu)件的表面進行其它防火處理。 

　�。ㄈ�）外包層法 

　　外包層法是目前應(yīng)用最多的鋼結(jié)構(gòu)防火保護措施。按照構(gòu)造形式的不同，可以分為以下3種：緊貼包裹法、空心包裹法和實心包裹法。 

　　3.1 緊貼包裹法 采用防火涂料涂覆于鋼材表面，形成耐火隔熱保護層，提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限。鋼結(jié)構(gòu)防火方法的選擇以構(gòu)件的耐火極限要求為依據(jù)。緊貼包裹法適用于耐火極限要求為0.5-4h 的鋼結(jié)構(gòu)建筑。鋼結(jié)構(gòu)防火涂料按其涂層厚度及性能特點可分為薄涂型和厚涂型2 類。薄涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料涂層薄、重量輕、抗振性好、有較好的裝飾性。室內(nèi)裸露鋼結(jié)構(gòu)、輕型屋蓋鋼結(jié)構(gòu)及有裝飾要求的鋼結(jié)構(gòu)，當規(guī)定其耐火極限在1.5h及以下時，宜選用薄涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料；厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料一般不燃、無毒、耐老化、耐久性較可靠。室內(nèi)隱蔽鋼結(jié)構(gòu)、高層全鋼結(jié)構(gòu)及多層廠房鋼結(jié)構(gòu)，當規(guī)定其耐火極限在 1.5h以上時，應(yīng)選用厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。緊貼包裹法是一種常用的鋼結(jié)構(gòu)防火方法，在很多工程中都有應(yīng)用。如廣州國際會議展覽中心、國家圖書館工程鋼結(jié)構(gòu)都采用了緊貼包裹法。 

　　3.2空心包裹法 一般采用防火板，沿鋼構(gòu)件的外圍邊界，將鋼構(gòu)件包裹起來。 

　　鋼結(jié)構(gòu)防火用板材分薄板和厚板兩類。防火薄板使用厚度大多在 6-15mm 之間，主要用作輕鋼龍骨隔墻、吊頂和鋼梁、鋼柱的罩面板；防火厚板使用厚度在 20-50mm之間，可直接用于鋼結(jié)構(gòu)防火�？招陌�裹法適用于耐火極限要求為1.5-4h的鋼結(jié)構(gòu)建筑。山東萊鋼建設(shè)有限公司開發(fā)的即墨德馨園小高層工程，工程主體為鋼框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，梁為熱軋H型鋼梁，采用20mm 厚的GF防火板（耐火極限 2h），支撐柱為焊接螺旋鋼管，采用25mm厚的 GF防火板（耐火極限3h），滿足了主體結(jié)構(gòu)設(shè)計耐火等級為二級的防火設(shè)計要求。 

　　3.3實心包裹法 一般通過澆筑混凝土或砌筑耐火磚，將鋼構(gòu)件包裹起來，完全封閉鋼構(gòu)件。其優(yōu)點是強度高、耐沖擊，但缺點是混凝土保護層占用的空間大、施工比較麻煩，特別是在鋼梁和斜撐上施工十分困難。表面有裝飾要求的鋼結(jié)構(gòu)，亦可采用粘貼柔性氈狀隔熱材料或涂敷厚涂型防火涂料、外用防火薄板作罩面板的復(fù)合保護法。實心包裹法適用于耐火極限要求為1.5-3h的鋼結(jié)構(gòu)建筑。美國紐約大廈和上海世界金融大廈都有采用實心包裹法。 

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　　這種方法用專門的設(shè)備把一定厚度的防火涂料噴涂在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的表面，從而來進行防火隔熱保護，防止其在火災(zāi)中迅速的升溫造成撓曲變形塌落。其防火處理有：（1）涂層起屏蔽的作用，隔離火焰，使得鋼構(gòu)件不會直接暴露在火焰及高溫中；（2）涂層吸熱后的部分物質(zhì)分解，放出水蒸汽或者其他的不燃的氣體，從而降低火焰溫度以及燃燒的速度：（3）涂層多孔輕質(zhì)或者受熱膨脹形成炭化的泡沫層，熱導(dǎo)率低，防止熱量向鋼基材迅速的傳遞，增加鋼基材從受熱溫度升高到極限溫度的時間，提高了其耐火極限。這種方法造價較低、拖工迅速、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)也較易覆蓋，抗火時間最高可達數(shù)小時。但噴涂的表面不平整，較影響美觀，常用于較隱蔽的鋼構(gòu)件。 

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　　屏蔽法是在鋼構(gòu)件的迎火面設(shè)置阻火屏障，將構(gòu)件與火焰隔開，這樣，即使建筑內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)，火焰也燒不到鋼構(gòu)件。屏蔽法主要適用于鋼結(jié)構(gòu)屋蓋系統(tǒng)的保護。常見的屏蔽法包括在鋼梁下面吊裝防火平頂和在鋼柱外側(cè)一定范圍內(nèi)設(shè)置防火板等方法。屏蔽法作為一種在鋼結(jié)構(gòu)特殊部位設(shè)置的防火屏障措施，對鋼構(gòu)件而言，不失為一種較經(jīng)濟的防火方法，但要注意吊頂?shù)慕涌p、孔洞處應(yīng)嚴密，防止竄火。但目前許多輕鋼結(jié)構(gòu)廠房、大跨度建筑，其鋼結(jié)構(gòu)材料直接裸露在室內(nèi)，并不適宜采用此種防火措施。 

　�。�六）水冷卻法 

　　水冷卻法包括水淋冷卻法和充水冷卻法。水淋冷卻法是在鋼結(jié)構(gòu)上部布置自動噴淋系統(tǒng)，發(fā)生火災(zāi)時，啟動噴淋系統(tǒng)，在鋼結(jié)構(gòu)表面形成一層連續(xù)的水膜，達到保護作用。此方法已廣泛應(yīng)用于絕大多數(shù)的高層建筑中，如同濟大學(xué)土木新樓鋼結(jié)構(gòu)建筑即采用水淋冷卻法。充水冷卻法是在空心鋼構(gòu)件內(nèi)充水，通過水在鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)的循環(huán)，吸收鋼材本身受熱的熱量，從而使鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中能保持較低的溫度，不會因升溫過高而喪失承載能力。 

　　從理論上講，這是鋼結(jié)構(gòu)防火保護最有效的方法。但是由于技術(shù)難度較大，加之增加了建筑物的自重，為了防銹和防止水的冰結(jié)，還需要在水中摻加阻銹劑和抗凍劑等，費用較高，國外也只有少數(shù)應(yīng)用實例，如美國匹茲堡64層美國鋼鐵公司大廈即采用充水冷卻法 

　　2.提高鋼結(jié)構(gòu)耐火性能的措施 

　　提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能可以從材料、構(gòu)件、結(jié)構(gòu) 3 個層次考慮，另外有效的防火保護措施也是提高鋼結(jié)構(gòu)耐火性能的一個重要途徑。 

　　2.1 提高鋼材耐火性能 

　　鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能取決于鋼材，因此提高鋼材的耐火性能是提高鋼結(jié)構(gòu)抗火性能的根本之道。應(yīng)用建筑耐火、耐候鋼：通過在鋼材中添加耐高溫的合金元素Mo、Cr、Nb 等，使得鋼材在 600℃ 時的屈服強度不小于常溫屈服強度的 2/3，且其他性能與相應(yīng)規(guī)格的普通結(jié)構(gòu)鋼基本一致。此外由于它的耐火性能好，可以在施工時適當減小保護層的厚度，甚至可以不涂防銹漆，這樣可以節(jié)省一定成本。 

　　2.2 采用防火能力強的構(gòu)件 

　　采用鋼混組合構(gòu)件，如鋼筋混凝土柱、型鋼混凝土柱、鋼管混凝土柱等可以有效提高耐火極限，且鋼管直徑越大，耐火時間越長。還可以利用非燃燒體的圍護或分離構(gòu)件，如非燃墻體為鋼構(gòu)件提供防火保護，而不需另做防火保護層。對于裸露在外的鋼構(gòu)件，則應(yīng)采取合理的防火保護構(gòu)造。 

　　2.3采用有利于防火的結(jié)構(gòu)形式 

　　采用鋼混組合結(jié)構(gòu)，如鋼板混凝土組合剪力墻結(jié)構(gòu)，或者在關(guān)鍵部位比如樓板和樓梯這種對防火要求較高的部位采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)防火保護構(gòu)造作法應(yīng)合理、堅固、經(jīng)濟、易于施工并利于裝修。 

　　結(jié)束語 

　　隨著鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的不斷發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用會越來越廣泛，鋼結(jié)構(gòu)工廠的規(guī)模會越來越大，其防火設(shè)計愈加重要。在運用中要根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的使用場合、耐火極限要求和成本等因素，采取合理有效的保護措施，保證其能夠達到既安全又經(jīng)濟合理的設(shè)計要求。 

　　參考文獻： 

　　[1]趙風華，黃金林鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理[M].北京：高等教育出版社 .2005：337. 

　　[2]王學(xué)謙.建筑防火[M].中國建筑工業(yè)出版社.2000.1.