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1、大跨度鋼結構建筑火災特點及防治對策 近年來，我國社會經濟的發展突飛猛進，隨著經濟的不斷發展也致使各類建筑業的得到了空前的繁榮，一些大跨度、超高層建筑應運而生。建筑物中運用鋼結構種類越來越多，廠房、住宅、橋梁、倉庫、體育館、展覽館、超市等建筑也越來越廣泛運用鋼結構材料。鋼結構本身具備自重輕，強度高，施工快等獨特優點，因此對高層、大跨度，尤其是超高層、超大跨度，采用鋼結構更是非常理想。鋼結構的快速發展，在我國取得了不少成就。第一，鋼結構建筑的數量不斷增加，應用范圍不斷擴大，如：2008年奧運主體育場“鳥巢”，世界第三高度420米的上海金茂大廈，具有國際領先水平的深圳賽格大廈72層、高度291米全部2、采用鋼管混凝土柱，采用國產鋼材、國內設計、施工的大連世貿中心，跨度216米的公路鐵路兩用低塔斜拉橋的蕪湖長江大橋，上海寶鋼大型軋鋼廠房，咸陽市也建成了西北地區首座鋼結構商住樓麗彩廣場C座，三十二層，建筑高度98米，成為現代咸陽的標志性建筑。第二，鋼結構技術不斷改進。由于以前鋼材使用受限制，建筑采用傳統的模式，而現在出現了鋼管、圓管、鋼構混凝土等，要求結構的節點也隨之變化，管管相接。材料上，有高強度的鋼，厚板鋼材，玻璃，不銹鋼，鈦合金。施工上也有新的工藝。鋼結構在我國具有極大的發展空間，國外鋼結構建筑使用鋼材占鋼材總量的10%左右，而中國僅占4%左右，我國的人均鋼材占有量剛達到世界人均水平1003、千克左右，日本人均鋼材占有量是400-500千克，有一定差距。現階段我國鋼結構建筑只占建筑總量不足3的比例，發達國家已占3050。我國鋼結構發展具有較大的空間和潛力，伴隨著建筑市場的持續發展，鋼結構的發展將得到進一步的推動。中國處于全面建設的高峰期，正大量消耗著全球的自然資源。鋼結構與混凝土結構相比，它環保且更利于建筑產業化的發展。鋼結構建筑在現代建設中得到了越來越廣泛的應用。但鋼結構耐火性能低，如何提高鋼結構的耐火性能對于建筑的安全性至關重要。 二、鋼結構建筑火災特點 在加熱的情況下，鋼材的力學性能隨著溫度的升高而變化。一般表現為彈性模量、屈服強度、極限強度隨溫度的升高而下降，塑性變形和蠕變4、隨溫度的升高而增加。在200350時熱軋鋼出現所謂的“藍脆”現象，此時鋼材的極限強度提高而塑性降低，與其他溫度段相比變“脆”。在500時，鋼的極限強度和屈服極限大大降低，塑性增大。在450600時，碳化物趨于石墨化和球化。石墨化的產物是由于碳化鐵分解，生成游離的石墨粒的結果。如果加熱的溫度越高，時間越長，鋼的含碳量越高，則碳化物的球化便越劇烈。存在石墨化和球化，表明鋼在高溫下弱化了，力學性能降低。合金材料的加入一般會使鋼的上述變化需要的溫度提高。試驗結果表明：在200以內強度變化不明顯，屈服強度略有下降，而極限強度基本沒有變化。200以后屈服強度隨溫度升高而降低的速率開始加快。極限強度在2005、300由于出現“藍脆”而較常溫下略有提高，300以后極限強度隨溫度升高明顯降低。在600時，低碳鋼的屈服強度和極限強度均只有常溫時的35%40%，而碳素鋼絲的強度更低。隨著溫度進一步升高，在800時鋼材的強度基本消失。同時鋼材的伸長率和截面收縮率隨溫度升高面增大，表明高溫下鋼材的塑性性能增大，易于變形。此外，鋼材在一定溫度和應力作用下，隨時間的推移會發生緩慢變形，即蠕變，蠕變會導致材料松馳。 鋼材在高溫下屈服點降低是決定鋼結構耐火性能的重要因素，如某一鋼構件在常溫下受荷載作用應用值是屈服點的一半，但火災時由于鋼材在火災高溫作用下屈服強度降低，當實際應力值達到了降低了的屈服強度時就表現出屈服現象6、而破壞，使結構承載能力急劇下降，造成鋼結構建筑物部分或全部垮塌毀壞。這類典型的火災案例有，2001年世貿大廈被撞擊后飛機攜帶大量的燃油向大廈底部流淌，火勢迅速向下蔓延，燃燒不久，灼熱的高溫就通過鋼結構迅速傳遍整幢大樓，致使大廈承重的鋼結構熔化，撞機僅57分鐘南樓就徹底崩潰倒塌，而北樓也僅堅持了1小時22分鐘，造成了死亡2797人、損失360億美元的驚世慘案。2003年4月5日，青島市即墨正大食品有限公司廠房發生火災，在高溫作用下，鋼結構屋架僅僅約30分鐘便轟然倒塌，導致20多名員工被埋壓在廠房內遇難。目前，在建筑領域已采取了多種方式對鋼結構進行保護，鋼結構構件的各類防火措施也孕育而生。 二、鋼7、結構建筑耐火性能提高方法 建筑鋼結構的防火保護措施按照其防火行為來分主要分為主動防火和被動防火。主動防火主要是指水噴淋法以及消防員的滅火行為，即主動地控制建筑發生火災的趨勢。被動防火即不包括滅火行為采取其他形式提高鋼結構的耐火極限的一種防火保護方法。從熱量傳輸原理上來說，鋼結構防火保護措施可以分為截流法和疏導法。 1、水噴淋法。水噴淋法是在結構頂部設噴淋供水管網，火災時，自動啟動(或手動)開始噴水，在構件表面形成一層連續流動的水膜，從而起到保護作用。 2、截流法。在構件的表面設置一層保護材料，截斷或阻滯火災產生的熱流量向構件的傳輸，使構件在規定的時間內溫升不超過其臨界溫度。由于選用的材料導熱系8、數小而熱容量大，可以很好地阻滯熱流向構件的傳輸，從而起到保護作用,包括噴涂法、屏蔽法和包封法等方法。（1）噴涂法。用噴涂機具將防火涂料直接噴在構件表面，形成保護層。噴涂法是一種最簡單、最經濟、最有效的做法，其價格低、重量輕、施工速度快、適用于形狀復雜的鋼構件，也是鋼結構廠房中最常采用的防火處理方法之一。（2）屏蔽法。把鋼結構包藏在耐火材料組成的墻體或吊頂內，在鋼梁、鋼屋架下作耐火吊頂，火災時可以使鋼梁、鋼屋架的升溫大為延緩，大大提高鋼結構的耐火能力，而且這種方法還能增加室內的美觀，但要注意吊頂的接縫、孔洞處應嚴密，防止竄火。（3）包封法。在鋼結構表面做耐火保護層，將構件包封起來，其具體做法有：9、用現澆混凝土作耐火保護層，用砂漿或灰膠泥作耐火保護層，用礦物纖維作耐火保護層，用輕質預制板作耐火保護層。3、疏導法。疏導法是先將熱量傳到構件上，然后設法把熱量導走或消耗掉，同樣可使構件溫度不至升高到臨界溫度，從而起到保護作用。疏導法目前主要是充水冷卻保護這一種方法，水冷卻法是在空心鋼柱內充滿水，高溫時，構件把外界環境中吸收的熱量傳給水，依靠水的蒸發消耗熱量或通過循環把熱量導走，構件的溫度可維持在100左右。如美國的堪薩斯州銀行大廈和匹茲堡鋼鐵公司大廈，采用的就是水冷卻進行防火保護。冷卻方法對于鋼管柱的結構體系來說是一種非常有效的防火方法。但為了防止鋼結構生銹，須在水中放入專門的防繡外加劑，冬天10、還須加入防凍劑而且由于對結構設計有專門的要求，所以目前實際上已很少使用。 三、鋼結構防火涂料的分類及優缺點 對鋼結構材料進行防火處理，其目的就是將鋼結構的耐火極限提高到設計規范規定的極限范圍，其措施是多種多樣的。其中，噴涂防火涂料施工方便、重量輕、成本低、不受構件幾何形狀限制，應用范圍最廣，效率最高。所以，噴涂防火涂料是一種比較常見也相對成熟的做法。目前在實際工程應用中，我國鋼結構防火保護方法絕大多數是采用噴涂防火涂料。 1、鋼結構防火涂料的防火原理。鋼結構防火涂料的防火原理是采用絕熱或吸熱的材料阻隔火焰直接灼燒鋼結構，降低熱量向鋼材傳遞的速度，推遲鋼結構溫升和強度減弱的時間。根據鋼結構防火涂11、料(GB14907?2002)，鋼結構防火涂料定義為施涂于建筑物及構筑的鋼結構表面，能形成耐火隔熱保護層以提高鋼結構耐火極限的涂料。 2、鋼結構防火涂料分類及優缺點。鋼結構防火涂料一般可分為厚涂型、薄涂型和超薄型。目前，鋼結構防火涂料代表性的產品有：國內的“SD22”“TN2LG”防火涂料，“SD21”“LB”防火涂料，“SCB”、“SCA”防火涂料。國外的產品如英國GraceConstructionProducts的“MonoketeFireproofingUK26”，美國美商華人企業股份有限公司的“AD”防火涂料，德國Herberts的“WaterBased38320”防火涂料，3809112、型防火涂料，英國的“Nullifire”防火涂料等等。（1）厚涂型鋼結構防火涂料是指涂層使用厚度在8毫米50毫米的涂料，這類鋼結構防火涂料主要由多孔絕熱材料如粉煤灰空心微珠、膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、石墨、礦物纖維等為骨料配以耐高溫粘結劑而制成。其防火原理就是由于涂層的導熱系數小，具有良好的熱絕緣性，從而可在火災中有效保護鋼材不受破壞。厚涂型鋼結構防火涂料的耐火極限一般為0.5小時3小時。厚涂型鋼結構防火涂料的優點：耐火極限高，可達3小時；主要組分為無機材料，耐火性能受環境影響小；原材料來源廣，價格低；遇火時不會放出有毒有害氣體。缺點是涂層厚、自重大，粘結力差，易剝落；表面粗糙，裝飾性差；施工麻煩13、，水泥基涂料需養護。（2）薄涂型鋼結構防火涂料是指涂層使用厚度在3毫米7毫米的鋼結構防火涂料。目前國內外所使用的薄涂型鋼結構防火涂料一般均為膨脹型防火涂料。膨脹型防火涂料膨脹組分一般由脫水成炭催化劑、成炭劑和發泡劑三部分組成。膨脹型防火涂料受熱時，成炭劑在催化劑作用下脫水成炭，炭化物在發泡劑分解的氣體作用下形成膨松、有封閉結構的炭層，該炭層可以阻止基材與熱源間的熱傳導，另外多孔炭層可以阻止氣體擴散，同時阻止外部氧氣擴散到基材表面，達到防火目的。薄涂型鋼結構防火涂料的優點：涂層薄、質輕，粘結力強，干燥快；表面光滑，顏色可調，裝飾性好；單位面積用量少；施工簡便，抗震動、抗撓曲性強。缺點是主要組分為14、有機材料，遇火時可能會釋放出氨、HCN、鹵化氫、一氧化氮、二氧化氮、一氧化碳、二氧化碳、氯、溴等有毒有害氣體；還有耐久性差，存在隨著環境、時間等溶出、分解、降解和老化等問題，耐火性能受環境影響大，嚴格意義說不能用于室外。（3）超薄型鋼結構防火涂料是指涂層使用厚度不超過3毫米的鋼結構防火涂料。超薄型鋼結構防火涂料的防火機理與薄涂型完全一致。因目前國內外鋼結構防火涂料的發展趨勢是涂層超薄、裝飾性強、施工方便、防火性能高、應用范圍廣，對涂料的粘結力和耐水性有較高的要求，因此，超薄型鋼結構防火涂料一般為油性膨脹型防火涂料，本涂料除應具有較好的防火隔熱性能、粘接力好、強度高，能經受高低溫循環的影響外，涂15、層還應具有良好的耐水性、耐酸性、耐鹽腐蝕性，和不易脫落，貯存穩定，裝飾性好，施工方便等特點。這類鋼結構防火涂料受火時膨脹發泡形成致密的防火隔熱層，該防火隔熱層延緩了鋼材的升溫，提高了鋼構件的耐火極限。與厚涂型和薄涂型鋼結構防火涂料相比，超薄型鋼結構防火涂料粒度更細、涂層更薄、施工方便、裝飾性更好是其突出特點，在滿足防火要求的同時，又能滿足人們高裝飾性要求，特別是對于裸露的鋼結構。超薄型鋼結構防火涂料的優點：涂層更好、裝飾性更好，兼具薄型涂料的優點，施工受環境影響小。但同樣具有薄型涂料的缺點。 3、鋼結構建筑防火涂料存在的問題。盡管鋼結構防火涂料起著主要的作用，在鋼結構建筑工程應用中充分體現了價16、值，但其除了自身存在的缺點外，其它方面的問題也較為明顯。具體表現在生產、施工方面，國內多數鋼結構防火涂料生產企業的規模不大，生產工藝流程自動化水平不高，對專用于防火涂料的原料研究不夠，對原材料的檢測、控制不夠，生產過程的檢測手段不全，施工設備有待改進提高，與防銹漆的配套性也不能進行嚴格的檢驗。在檢測標準方面，GB14907-2002鋼結構防火涂料對同種防火涂料只規定一種涂層厚度的檢驗報告，而實際工程中由于鋼梁、鋼柱、鋼樓板規范所要求的耐火極限各不相同，例如室內厚度為2mm的超薄型防火涂料檢測報告出具耐火極限為1.5h，實際工程要求鋼梁、鋼板、鋼柱耐火極限分別為1.5h、1.0h、2.0h。對鋼板、鋼柱應采用何種厚度的防火涂料進行保護，目前無論從理論界或是實際工程均缺乏相應的研究。此外，還存在測試方法，檢測標準構件與實際工程構件的差異性，施工隊伍素質偏低、施工質量差，選型不當，產品質量良莠不齊，檢測機構執行標準不嚴格等方面的問題。