鋼結(jié)構(gòu)梁柱防火保護(hù)設(shè)計(jì)及造價(jià)控制研究

曲升級(jí)

（煙臺(tái)大學(xué) 土木工程學(xué)院， 山東 煙臺(tái) 264005）

0 鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能與耐火極限

鋼結(jié)構(gòu)盡管是不燃材料，但對(duì)氣溫變化相當(dāng)敏感，特別是抗壓抗拉強(qiáng)度有急劇變化。當(dāng)氣溫聚變時(shí)，鋼材力學(xué)指標(biāo)變化很大。研究發(fā)現(xiàn)，在火災(zāi)溫度下，未加保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)只需短短十五分鐘，其溫度就可達(dá)到540℃。另外，其載荷能力、屈服強(qiáng)度、彈性模量等關(guān)鍵指標(biāo)均快速下降。鋼構(gòu)件高溫耐火試驗(yàn)證明，鋼梁、鋼柱、鋼屋架等主要受力構(gòu)件的耐火極限在15分鐘到30分鐘之間，這根本不能滿足火災(zāi)情況下對(duì)建筑防火的要求。火災(zāi)發(fā)生時(shí)首先是梁柱節(jié)點(diǎn)破壞，作為鋼結(jié)構(gòu)受力關(guān)鍵點(diǎn)也是框架最薄弱的地方，梁柱節(jié)點(diǎn)的破壞最后導(dǎo)致整個(gè)建筑的坍塌。既然鋼構(gòu)件的耐火極限距離防火規(guī)范的要求相差很大，我們既要充分利用鋼結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)高強(qiáng)為生產(chǎn)服務(wù)，更要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)特別是梁柱節(jié)點(diǎn)等關(guān)鍵部位進(jìn)行耐火防火設(shè)計(jì)，在火災(zāi)中延緩構(gòu)件升溫，保護(hù)生命和財(cái)產(chǎn)安全。

1 梁柱節(jié)點(diǎn)抗火研究的方法

目前，主流研究梁柱節(jié)點(diǎn)的耐火防火方法方法有建立有限元耐火試驗(yàn)分析及現(xiàn)場(chǎng)高溫試驗(yàn)兩種：后者高溫試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，真實(shí)反映鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的耐火防火性能，但是缺點(diǎn)很明顯就是浪費(fèi)材料，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件價(jià)格高，試驗(yàn)成本太大；有限元分析既可以模擬高溫下的節(jié)點(diǎn)性能，又減少時(shí)間和經(jīng)費(fèi)。目前有限元分析集中研究平面鋼框架節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)及后期數(shù)理推導(dǎo)，對(duì)鋼框架中的梁柱節(jié)點(diǎn)空間性能研究較少，定量分析數(shù)值計(jì)算及數(shù)理推導(dǎo)模擬分析。

2 鋼結(jié)構(gòu)空間梁柱節(jié)點(diǎn)抗火性能的研究

在實(shí)際鋼框架結(jié)構(gòu)中，根據(jù)節(jié)點(diǎn)在空間上位置的不同，將空間框架中的節(jié)點(diǎn)分為四種，分別為角節(jié)點(diǎn)，中節(jié)點(diǎn)和兩個(gè)方向上的邊節(jié)點(diǎn)。在有限元模型驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，對(duì)四種空間框架的梁柱節(jié)點(diǎn)連接進(jìn)行了有限分析，從變形上看[1]：1）對(duì)于框架中有主次梁連接的柱翼緣，與主次梁的上翼緣對(duì)應(yīng)處柱翼緣分析時(shí)受火向外凸，與主次梁下翼緣對(duì)應(yīng)的柱翼緣分析時(shí)受火向內(nèi)凹。2）對(duì)于沒(méi)有梁連接的柱翼緣，其變形較小且較均勻。3）4種空間鋼框架節(jié)點(diǎn)，與梁連接的柱翼緣的變形形態(tài)是一致的，且較無(wú)梁連接的柱翼緣變形大。空間框架邊節(jié)點(diǎn)和角節(jié)點(diǎn)在火災(zāi)作用下，隨著溫度的上升，轉(zhuǎn)角增加較快，即較易受到破壞；實(shí)際連接時(shí)H型柱腹板端載荷大于梁端載荷時(shí)，發(fā)生火災(zāi)下角連接節(jié)點(diǎn)更易受到破壞。

3 鋼結(jié)構(gòu)梁柱防火保護(hù)中存在問(wèn)題

首先，防火涂料選型單一。根據(jù)我國(guó)《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，具體在施工時(shí)候根據(jù)室內(nèi)和室外進(jìn)行區(qū)分，室內(nèi)鋼構(gòu)件裸露在外，起到裝飾作用和輕鋼骨架屋檁等構(gòu)件耐火時(shí)間在一個(gè)半小時(shí)以內(nèi)選用薄涂料；對(duì)比室外隱蔽鋼構(gòu)件，主要受力構(gòu)件、多層及高層鋼結(jié)構(gòu)耐火時(shí)間一個(gè)半小時(shí)以上選用厚涂料防火。厚涂料開始膨脹系數(shù)很少基本不產(chǎn)生膨脹，具有非常良好的阻燃性。然而在實(shí)際中，很多施工企業(yè)仍然是采用簡(jiǎn)單的膨脹型發(fā)泡，并不能根據(jù)不同鋼構(gòu)件應(yīng)用類型的鋼結(jié)構(gòu)來(lái)選擇不同的防火涂料。具體厚度施工時(shí)候難以具體檢查，也缺失相關(guān)的檢測(cè)措施。實(shí)際在具體工程進(jìn)行時(shí)，防火涂料生產(chǎn)單位為追求經(jīng)濟(jì)利益，跟質(zhì)檢部門采取周璇的辦法，所提交的檢測(cè)樣品都是合格的。他們有一套獨(dú)立的生產(chǎn)體系，流向市場(chǎng)的是另一套，生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品有些是不合格產(chǎn)品。最后是相關(guān)檢測(cè)機(jī)構(gòu)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)不嚴(yán)格，缺少統(tǒng)一的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。工程竣工前，我國(guó)消防部門一般會(huì)要求進(jìn)行防火涂料性能檢測(cè)，或者委托中介進(jìn)行檢測(cè)，這存在很大的制度漏洞：相關(guān)檢測(cè)單位在利益驅(qū)使下沒(méi)有嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)隨機(jī)抽樣檢驗(yàn)、特定檢測(cè)部位、涂料主要性能、涂層厚度方面沒(méi)有嚴(yán)格把關(guān)。

4 鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)對(duì)策

首先，梁柱節(jié)點(diǎn)主要采取隔離或阻斷方式。采用隔熱材料延緩火焰灼燒或吸熱材料阻斷火焰，延緩熱量向鋼構(gòu)件傳播的速度，延緩鋼構(gòu)件溫度上升及產(chǎn)生各種力學(xué)性能變化的時(shí)間。具體方法分傳統(tǒng)和現(xiàn)代防火技術(shù)。在傳統(tǒng)防火設(shè)計(jì)中，主要采用的方法有以下幾個(gè)[2]：首先是在鋼構(gòu)件四周澆筑混凝土，封閉鋼構(gòu)件。這種方法比較簡(jiǎn)便，混凝土也比較容易獲得，在其成型后更是堅(jiān)固耐用。但是，混凝土層在烈火作用下會(huì)因消防水噴射造成破裂和剝落，并且這種用混凝土構(gòu)造起來(lái)的保護(hù)層厚，重量大，施工費(fèi)用還高。所以，現(xiàn)在只有底層或一層采用這種方法。第二種方法是采用質(zhì)量較輕的防火建材外包鋼構(gòu)件。比如玻璃纖維水泥板、建筑石膏板、硅酸鈣板、等非燃材料的板材。這些材料包裝施工費(fèi)力，且包裝材料強(qiáng)度較差，極其容易損壞。

現(xiàn)在，鋼結(jié)構(gòu)防火主要是是噴射外表面保護(hù)層和外刷噴涂料。目前最新趨勢(shì)是將鋼結(jié)構(gòu)噴射保護(hù)和鋼結(jié)構(gòu)防火涂料噴涂?jī)煞N方法有機(jī)結(jié)合。通過(guò)高壓槍將防火涂料噴射到鋼構(gòu)件的外表面，這樣鋼結(jié)構(gòu)外表面形成一層耐火隔熱層。鋼結(jié)構(gòu)噴射保護(hù)技術(shù)主要是噴射無(wú)機(jī)纖維防火護(hù)層材料，這種防火保護(hù)技術(shù)尤其適用于耐火極限要求比較高的高層鋼機(jī)構(gòu)。

5 鋼結(jié)構(gòu)造價(jià)控制措施

價(jià)格波動(dòng)范圍的影響。應(yīng)對(duì)當(dāng)前近三個(gè)月鋼構(gòu)件主要市場(chǎng)價(jià)格進(jìn)行分析比對(duì)，仔細(xì)分析研究市場(chǎng)走勢(shì)，當(dāng)遇到國(guó)家政策調(diào)整、國(guó)家財(cái)政政策性變動(dòng)、原材料供應(yīng)市場(chǎng)、國(guó)際材料市場(chǎng)供需變化等均會(huì)造成市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)，密切關(guān)注大型生產(chǎn)基地，對(duì)材料供應(yīng)方進(jìn)行實(shí)地詢價(jià)，確保主要材料在投標(biāo)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)較大的波動(dòng)，合理進(jìn)行預(yù)判及調(diào)整，以避免在施工中出現(xiàn)價(jià)格上漲導(dǎo)致延誤制作和安裝，減少利潤(rùn)甚至虧損。

噴射防火涂層施工的影響。鋼結(jié)構(gòu)關(guān)鍵是防腐防火涂料的涂刷及工藝檢測(cè)，施工質(zhì)量的好壞直接影響建筑外形美觀，由于涂層不合格導(dǎo)致復(fù)工，增加總造價(jià)。通常在鋼結(jié)構(gòu)細(xì)化環(huán)節(jié)會(huì)詳細(xì)說(shuō)明具體做法及要求，質(zhì)量檢測(cè)合格標(biāo)準(zhǔn)在實(shí)際中是有著嚴(yán)格的要求[3]：一是涂層噴射要求。防火防腐涂料、外加劑的生產(chǎn)日期、規(guī)格、型號(hào)符合圖紙標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)場(chǎng)一定要檢查產(chǎn)品三證：產(chǎn)品合格證、產(chǎn)品質(zhì)量合格文件和檢驗(yàn)報(bào)告。二是涂裝基礎(chǔ)層。噴射涂裝前，表面應(yīng)進(jìn)行除銹噴砂噴丸處理，外表面進(jìn)行除銹，經(jīng)檢測(cè)符合除銹標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)圖紙要求，外表面進(jìn)行噴砂或噴丸處理后，鋼構(gòu)件表面光滑細(xì)膩，絕對(duì)禁止處理后仍出現(xiàn)氧化皮、油污、焊熘等。三是關(guān)于噴砂厚度、涂層厚度、涂層質(zhì)量等均應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求。

6 鋼結(jié)構(gòu)人機(jī)成本分析

組裝部件的制作中，人工費(fèi)所占比例較大，市場(chǎng)波動(dòng)也大，對(duì)內(nèi)部人工費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)企業(yè)定額進(jìn)行合理調(diào)配，普工、特工、高級(jí)工合理搭配。不同工種、不同設(shè)備、不同工藝、不同部位工資拉開檔次。人工費(fèi)適當(dāng)考慮一些津貼、加班補(bǔ)貼、高溫津貼、緊急雨季防護(hù)費(fèi)、職工福利費(fèi)、勞保費(fèi)等，并且鋼結(jié)構(gòu)施工單位有自己的標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)算時(shí)考慮一定的幅度，人事部門還應(yīng)該考慮當(dāng)前市場(chǎng)人工費(fèi)價(jià)格，對(duì)多年工作的老職工增加一定的補(bǔ)助，適當(dāng)引入學(xué)徒制，減少人工費(fèi)的支出，合理控制人工費(fèi)。

機(jī)械費(fèi)在實(shí)際中變化很大，分別考慮機(jī)械租賃，還是自有，特別是機(jī)械租賃，合理安排機(jī)械使用，盡可能減少臺(tái)班數(shù)，適當(dāng)三班倒或兩班倒，增大機(jī)械使用效率。實(shí)際分析造價(jià)控制時(shí)需要考慮分?jǐn)傔@部分租賃費(fèi)用和使用費(fèi)用，而鋼結(jié)構(gòu)吊裝等施工企業(yè)本身具有齊全的機(jī)械設(shè)備，具體操作時(shí)每天都非常清楚費(fèi)用的花費(fèi)，特別是維護(hù)費(fèi)、保養(yǎng)費(fèi)等都適當(dāng)攤銷在相關(guān)費(fèi)用內(nèi)。

[1]劉冰,高歌.空間鋼框架節(jié)點(diǎn)高溫下的有限元分析.施工技術(shù),2014（27）:45-49.

[2]江雪玲，魏德敏.鋼結(jié)構(gòu)高溫響應(yīng)影響因素的研究.防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào),201（1）:111-115.

[3]王傳倫,鄭偉.淺談?shì)p型鋼結(jié)構(gòu)廠房工程造價(jià)的控制.財(cái)務(wù)與審計(jì),2010(5):72-73.