隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的迅猛發(fā)展,企業(yè)生產(chǎn)倉儲用房日趨大型化,而鋼結(jié)構(gòu)骨架建造的廠房,因具有質(zhì)量輕、強度高,抗震性能好,施工周期短,建筑工業(yè)化程度高,空間利用率大,節(jié)省投資等優(yōu)點,而被投資者大量應(yīng)用。鋼材雖是一種不燃燒的材料,卻是熱的良導(dǎo)體,極易傳導(dǎo)熱量,在未進行防火處理的情況下,火災(zāi)時強度會迅速下降,出現(xiàn)塑性變形,產(chǎn)生局部損壞,造成鋼結(jié)構(gòu)整體倒塌失效。此類鋼結(jié)構(gòu)建筑還存在空間大,火勢蔓延快,設(shè)備、人員密集,疏散困難等特點,一旦發(fā)生火災(zāi),常用的自動消防設(shè)施很難發(fā)揮預(yù)期作用,人員疏散和滅火救援難度較大,有造成群死群傷的潛在危險。從建筑設(shè)計施工的初期階段采用合理的預(yù)防措施,以避免和減少鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中整體跨塌,就顯得尤為重要。

  一、鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)時的理化性能

  建筑用鋼(Q235、Q345鋼等)在全負荷的情況下失去靜態(tài)平衡穩(wěn)定性的臨界溫度為540℃左右。鋼材的機械性能隨溫度的不同而有變化,當(dāng)溫度升高時,鋼材的屈服強度,抗拉強度和彈性模量的總趨勢是降低的,但在150℃以下時變化不大。當(dāng)溫度在250℃左右時,鋼材的抗拉強度反而有較大提高,但這時的相應(yīng)伸長率較低、沖擊韌性變差,鋼材在此溫度范圍內(nèi)破壞時常呈脆性破壞特征,稱為“藍脆”。如在“藍脆”溫度范圍內(nèi)進行鋼材的機械加工,則易產(chǎn)生裂紋,故應(yīng)力求避免。當(dāng)溫度超過300℃時,鋼材的抗拉強度、屈服強度和彈性模量開始顯著下降,而伸長率開始顯著增大,鋼材產(chǎn)生徐變;當(dāng)溫度超過400℃時,強度和彈性模量都急劇降低;到500℃左右,其強度下降到40%~50%,鋼材的力學(xué)性能,諸如屈服點、抗壓強度、彈性模量以及荷載能力等都迅速下降,低于建筑結(jié)構(gòu)所要求的屈服強度。我國20世紀90年代初對裸露鋼梁的耐火極限進行了驗證,確認了I36b、I40b標準工字鋼梁的耐火極限分別為15min、16min(鋼梁內(nèi)部達到臨界溫度:平均溫度538℃,最高溫度649℃)。因此,若用沒有防火保護的普通建筑用鋼作為建筑物承載的主體,一旦發(fā)生火災(zāi),則建筑物會迅速坍塌,對人民的生命和財產(chǎn)安全造成嚴重的損失。

  二、鋼結(jié)構(gòu)廠房的防火措施

  通過對鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)時的理化性質(zhì)數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計,解決好鋼結(jié)構(gòu)抗高溫能力是預(yù)防和減少火災(zāi)時大跨度建筑跨塌危險的有效途徑。解決好鋼結(jié)構(gòu)的抗高溫能力,可以運用“此消彼長”的原理,從提高鋼結(jié)構(gòu)耐火極限以和迅速降低火場溫度兩方面考慮。

  1、阻隔溫度,提高鋼結(jié)構(gòu)耐火極限

  我國的鋼結(jié)構(gòu)防火主要采用防火涂料、發(fā)泡防火漆和外包防火層等方法。

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  防火涂料法就是在鋼結(jié)構(gòu)上噴涂防火涂料以提高其耐火極限。目前,我國鋼結(jié)構(gòu)防火涂料主要分為薄涂型和厚涂型兩類,即薄型(B類,包括超薄型)和厚型(H類)。薄型涂層厚度在7mm以下,在火災(zāi)時能吸熱膨脹發(fā)泡,形成泡沫狀炭化隔熱層,從而阻止熱量向鋼結(jié)構(gòu)傳遞,延緩鋼結(jié)構(gòu)溫升,起到防火保護作用;厚型涂層厚度為8-50mm,涂層受熱不發(fā)泡,依靠其較低的導(dǎo)熱率來延緩鋼結(jié)構(gòu)溫升,起到防火保護作用。兩者具有不同的性能特點,分別適用于不同場合:①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(dāng)規(guī)定耐火極限在1.5h及以下時,宜選用薄涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。

 、谑覂(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(dāng)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。

 、瓢l(fā)泡防火漆法

  防火漆是由成膜劑、阻燃劑、發(fā)泡劑等多種材料制造而成的一種阻燃涂料。防火漆與一般油漆相比,在物理性能方面基本一樣,不同的是它干燥以后,漆膜本身不易燃燒,遇火時,能推遲火焰延燒到涂漆的可燃物上,具有一定的防火性能。據(jù)試驗:將一般油漆與防火漆分別涂在木板上,干燥后,用同樣的火焰烘烤,涂一般油漆的木板,不到2分鐘就和油漆一道焦灼;而涂非膨脹惰氣型防火漆的木板,2分鐘后僅出現(xiàn)陰燃現(xiàn)象,靜置30秒后立即熄滅;涂膨脹惰氣型防火漆的木板,即使烘烤15分鐘,連陰燃現(xiàn)象也未出現(xiàn)。由此可見,用防火漆涂于物體表面,一旦發(fā)生火災(zāi),的確能在定時間里阻止火勢蔓延,保護物體表面,從而為滅火戰(zhàn)爭取寶貴的時間。

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  外包防火層法就是在鋼結(jié)構(gòu)外表添加外包層,可以現(xiàn)澆成型,也可以采用噴涂法。現(xiàn)澆成型的實體混凝土外包層通常用鋼絲網(wǎng)或鋼筋來加強,以限制收縮裂縫,并保證外殼的強度。噴涂法可以在施工現(xiàn)場對鋼結(jié)構(gòu)表面涂抹砂泵以形成保護層,砂泵可以是石灰水泥或是石膏砂漿,也可以摻入珍珠巖或石棉。同時外包層也可以用珍珠巖、石棉、石膏或石棉水泥、輕混凝土做成預(yù)制板,采用膠粘劑、釘子、螺栓固定在鋼結(jié)構(gòu)上。外包防火層法通常應(yīng)用于鋼柱。

  隨著技術(shù)發(fā)展,用防火板作保護層技術(shù)越來越完善,應(yīng)用越來越廣。防火板鋼結(jié)構(gòu)防火保護主要用于耐火等級為一、二級的建筑物的鋼柱、梁、樓板和屋頂承重構(gòu)件,設(shè)備的承重鋼框架、支架、裙座等鋼構(gòu)件進行包覆和屏蔽,以阻隔火焰和熱量,降低鋼結(jié)構(gòu)的升溫速率,將鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限由0.25h提升到設(shè)計規(guī)范規(guī)定的耐火極限。

  2、迅速排煙,降低火場溫度

  一般室內(nèi)火災(zāi)的自然發(fā)展過程大體分成三個主要階段,即:初期增長階段、充分發(fā)展階段及衰減階段。

  災(zāi)發(fā)展的初期增長階段,隨著放出熱量迅速增多,在可燃物上方形成溫度較高、不斷上升的火羽流。當(dāng)羽流受到房間頂棚的阻擋后,便在頂棚下方向四面擴散開來,形成了沿頂棚表面平行流動的較薄的熱煙氣層,達到了一定厚度時又會慢慢向室內(nèi)中部擴展,不久就會在頂棚下方形成逐漸增厚的熱煙氣層。當(dāng)火災(zāi)達到充分發(fā)展階段,熱煙氣層的溫度與中心溫度相差無幾。

  如果室內(nèi)有通向外部的開口(如門和窗),則當(dāng)煙氣層的厚度低于開口的上沿高度時,煙氣便可由此流到室外。開口便起著向外排煙的作用。在建筑火災(zāi)的發(fā)展過程中,煙氣的排放相當(dāng)重要,煙氣排放速率的大小決定著煙氣層高度的變化情況。當(dāng)排放速率大于煙氣的產(chǎn)生速率時,煙氣層的高度會逐漸升高,最終保持在對人沒有威脅的高度。

  在建筑防排煙工程中,常用的三種方式是:自然排煙、機械加壓送風(fēng)防煙和機械排煙。自然排煙和機械排煙是控制煙氣下降的常用方法,在實際應(yīng)用中多采用前者,與機械排煙相比自然排煙有其自身的優(yōu)點。一是無大的動力設(shè)備,運行維修費用也少,且平時可兼作換氣用;二是在頂棚開設(shè)排煙口,自然排煙效果好。

  三、結(jié)論

  設(shè)計施工中對大跨度建筑鋼結(jié)構(gòu)進行防火處理和在頂部結(jié)合采光、通風(fēng)設(shè)置有效排出建筑內(nèi)的高溫?zé)煔庾匀慌艧煷翱梢杂行У脑鰪婁摻Y(jié)構(gòu)的耐火極限,防止火災(zāi)中鋼結(jié)構(gòu)屋頂整體跨塌,有利于滅火救援、人員疏散、疏散物資財產(chǎn)和建筑結(jié)構(gòu)安全。