淺析鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計

董松占袁敏

綜合論述

淺析鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計

董松占1袁敏2

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和建筑技術(shù)的日新月異，鋼結(jié)構(gòu)以其重量輕、承載力大、施工簡便、布局靈活等特點廣泛應(yīng)用于超高層樓房、體育館和大型廠房等建筑中，但由于鋼結(jié)構(gòu)存在不耐火的致命弱點，發(fā)生火災(zāi)時極易發(fā)生倒塌，造成重大的人員傷亡和財產(chǎn)損失，其防火問題備受人們的關(guān)注。這里就鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)特點和防火設(shè)計談一點自己的見解，供大家參考。

建筑防火；鋼結(jié)構(gòu)

首先我們來分析一下鋼結(jié)構(gòu)建筑的火災(zāi)特點。鋼結(jié)構(gòu)的梁、柱、屋架是建筑的骨架，它的安全性直接關(guān)系到整幢建筑的安全。鋼結(jié)構(gòu)建筑大都采用鋼材，鋼材雖然是不燃材料，但其耐火性能很差，隨著溫度的變化，其力學(xué)指標(biāo)會發(fā)生很大的改變，承載力和平衡穩(wěn)定性會隨溫度升高而大幅度下降。鋼結(jié)構(gòu)在溫度達到350℃、500℃、600℃時,其強度分別下降1／3、1／2、2／3。在高溫條件下其內(nèi)部應(yīng)力也會發(fā)生改變，使鋼結(jié)構(gòu)承重體系出現(xiàn)問題。按理論計算，在全負(fù)荷下，鋼結(jié)構(gòu)失去平衡穩(wěn)定性的臨界溫度為500℃。一般火場溫度都在800～1000℃，在這樣的高溫條件下，無任何保護的鋼結(jié)構(gòu)很快就會出現(xiàn)塑性變形，大約15min內(nèi)就會倒塌。2002年9月11日,美國紐約的世界貿(mào)易大廈在恐怖襲擊中倒塌，導(dǎo)致300多名消防隊員無辜喪生。飛機滿載燃油撞擊大樓后，造成大樓承重的鋼結(jié)構(gòu)筒體的保護層被破壞。在強烈的高溫作用下，鋼結(jié)構(gòu)筒體承載強度迅速下降,短短20min后這個世界上著名的建筑就消失在我們面前。2003年，我國青島市的正大食品廠鋼結(jié)構(gòu)廠房發(fā)生特大火災(zāi)，造成廠房大面積倒塌，很多工人葬身火海。1972年，天津市體育館發(fā)生火災(zāi)，致使屋頂坍塌，造成巨大人員傷亡。這些眾多的火災(zāi)案例都暴露出了鋼結(jié)構(gòu)建筑存在的一個致命弱點就是耐火性極差，這就給我們廣大建筑設(shè)計人員提出了一個新的課題，怎樣才能做好鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火設(shè)計，使鋼結(jié)構(gòu)建筑更好地服務(wù)于我們的經(jīng)濟建設(shè)。

如何才能做好鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火設(shè)計呢?筆者認(rèn)為應(yīng)該做到以下三個方面：

1）根據(jù)建筑物的火災(zāi)危險性和重要性，合理確定建筑的耐火等級。各種建筑由于其使用功能和重要性的不同，火災(zāi)危險性存在差異，我們設(shè)計時要根據(jù)業(yè)主提供的建筑要求，根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》和《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》，確定建筑物的火災(zāi)危險性。再根據(jù)火災(zāi)危險性，確定建筑的耐火等級。比如，一個60m高的綜合樓，根據(jù)《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》，其屬于一類高層建筑，它的耐火等級應(yīng)為一級，其梁、柱、屋頂承重構(gòu)件的耐火極限應(yīng)分別不低于2h、3h、1.5h。如果我們在設(shè)計時沒有正確核定耐火等級，確定的耐火等級過高或過低，會造成設(shè)計失誤。如果耐火等級設(shè)計得過高會造成浪費，過低則造成不安全。

2）設(shè)計時要選用恰當(dāng)?shù)匿摻Y(jié)構(gòu)防火保護方法。目前，我國鋼結(jié)構(gòu)主要采用三種保護方法：噴涂法、包敷法、水淋冷卻法，它們都是通過一定的技術(shù)手段來提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限。具體而言，噴涂法就是在鋼結(jié)構(gòu)表面涂上一層防火涂料，形成一個保護膜，從而提高建筑構(gòu)件的耐火極限。防火涂料有厚型和薄型之分，不同厚度的防火涂料，其耐火極限不同。包敷法是采用磚、混凝土、硅鈣板等材料將鋼結(jié)構(gòu)包裹，從而形成保護層，提高構(gòu)件耐火極限。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)后鋼結(jié)構(gòu)表面會形成一層連續(xù)的水膜，達到保護作用。我們在設(shè)計時，要根據(jù)不同建筑對構(gòu)件耐火極限的要求，通過科學(xué)比較，選出最恰當(dāng)?shù)姆阑鸨Ｗo方法，達到經(jīng)濟和安全要求。

3）鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計時要充分考慮人員疏散問題。由于鋼結(jié)構(gòu)建筑自身存在的弱點，我們在設(shè)計時要充分考慮人員疏散的因素，將人員密度指標(biāo)和鋼結(jié)構(gòu)建筑的特點綜合起來考慮，加強對安全疏散路線、疏散距離、疏散寬度的設(shè)計要求，保證人員疏散時間小于建筑構(gòu)件的耐火極限，確?；馂?zāi)時人員能安全逃生，避免群死群傷火災(zāi)事故的發(fā)生。