鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)淺析

陳兵波

武漢煉化工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司 湖北武漢 430000

當(dāng)前我國(guó)建筑工程項(xiàng)目正在向著高層化和超高層化方向發(fā)展，這些建筑多選擇鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)本身具有高強(qiáng)度和抗震性能優(yōu)的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)自重小，施工周期短，因此鋼結(jié)構(gòu)住宅的開(kāi)發(fā)屬于當(dāng)前建筑行業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)住宅、體育館、展覽館等公共場(chǎng)所的可燃物種類(lèi)和數(shù)量也逐漸增多，因此對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)要引起足夠的重視。鋼結(jié)構(gòu)本身的防火性能相對(duì)較差，導(dǎo)熱系數(shù)大，在450～650℃高溫環(huán)境下幾乎失去承載能力，將產(chǎn)生嚴(yán)重的變形而釀成嚴(yán)重的后果。如果鋼結(jié)構(gòu)建筑本身缺乏各項(xiàng)防火保護(hù)措施，火災(zāi)發(fā)生后鋼結(jié)構(gòu)建筑非常容易由于溫度過(guò)高等發(fā)生倒塌或者變形，因此在發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)良好力學(xué)性能的同時(shí)必須要做好防火設(shè)計(jì)，本文就此展開(kāi)了研究分析。

1 鋼結(jié)構(gòu)建筑火災(zāi)危險(xiǎn)性分析

鋼結(jié)構(gòu)耐火性能差的特征導(dǎo)致其應(yīng)用受到一定限制。當(dāng)有火災(zāi)等情況出現(xiàn)時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)本身不會(huì)發(fā)生自燃，但是受到高溫灼燒等因素影響，其性能?chē)?yán)重下降，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)本身失去承載能力而變形，很大程度上增加了救援工作的難度。相關(guān)研究表明，如果鋼結(jié)構(gòu)建筑未做好防火設(shè)計(jì)，其支撐時(shí)間將不會(huì)超過(guò)20min，給初期滅火就造成很大的困難，另外火災(zāi)時(shí)也伴生大量熱量和有毒有害的煙霧，影響滅火救援的展開(kāi)。

2 高溫條件下鋼結(jié)構(gòu)力學(xué)性能分析

鋼結(jié)構(gòu)建筑的承載骨架主體是鋼材，鋼材本身屬于不可燃材料，但是在高溫環(huán)境下，隨著溫度的升高，鋼結(jié)構(gòu)整體力學(xué)性能會(huì)發(fā)生大幅度下降，彈性模量、抗壓強(qiáng)度以及屈服強(qiáng)度等明顯降低。有研究表明，如果溫度超過(guò)150℃，想要使鋼結(jié)構(gòu)建筑穩(wěn)定性繼續(xù)得到保證，必須要給予針對(duì)性的防護(hù)措施。溫度在250～300℃時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度會(huì)迅速下降，溫度在350℃時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)屈服強(qiáng)度下降超過(guò)1倍，溫度在500℃時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)將喪失原有強(qiáng)度和剛度。一般火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)溫度往往在700℃以上，鋼材的力學(xué)性能會(huì)發(fā)生非常大改變，甚至出現(xiàn)倒塌等問(wèn)題。

3 鋼結(jié)構(gòu)建筑防火基本性能要求

3.1 有良好絕熱性能

鋼結(jié)構(gòu)往往作為建筑鋼柱和鋼梁使用，根據(jù)一級(jí)防火要求，鋼柱耐火極限大約在3h左右，鋼梁的耐火極限在2h左右。按照二級(jí)防火要求，鋼柱和鋼梁的耐火極限會(huì)有一定的縮短，鋼結(jié)構(gòu)在表面長(zhǎng)時(shí)間受到超過(guò)200℃溫度輻射熱，或者短時(shí)間內(nèi)承受高溫火焰時(shí)，必須要給予針對(duì)性的防護(hù)措施，使鋼結(jié)構(gòu)使用過(guò)程中的安全可靠性得到保證。

3.2 有良好環(huán)保性能

當(dāng)前建筑工程項(xiàng)目室內(nèi)施工中的空氣污染已經(jīng)成為影響公眾健康的一項(xiàng)主要因素，因此鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火材料及作法還應(yīng)具有非常好的環(huán)保性能，這一要求落實(shí)在鋼結(jié)構(gòu)施工以及使用等過(guò)程中，嚴(yán)禁產(chǎn)生對(duì)人體有害的氣體及其他物質(zhì)。鋼結(jié)構(gòu)建筑使用過(guò)程中一旦發(fā)生火災(zāi)，防火材料內(nèi)部阻燃成分受到高溫等因素影響，將容易產(chǎn)生有毒有害氣體，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)被困人員以及消防人員的生命安全造成嚴(yán)重威脅[1]。

4 鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)

4.1 鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)基本思路

不同形式及功能分區(qū)的鋼結(jié)構(gòu)建筑，在設(shè)計(jì)前需要結(jié)合建筑圖紙以及《建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求相結(jié)合，針對(duì)性的明確建筑耐火等級(jí)，之后對(duì)所設(shè)計(jì)項(xiàng)目耐火穩(wěn)定性、隔熱性等性能展開(kāi)綜合分析，明確建筑耐火極限。

當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)建筑在廠房、展廳、商超、航站樓等大跨度空間中有著非常廣泛的應(yīng)用，這些建、構(gòu)筑物的鋼結(jié)構(gòu)以薄層結(jié)構(gòu)和圓柱等為主，其截面面積相對(duì)較大，受到這一因素影響，當(dāng)有火災(zāi)等情況出現(xiàn)時(shí)，結(jié)構(gòu)受熱面積大，吸收熱量高，鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和承載能力會(huì)在火災(zāi)出現(xiàn)后較短時(shí)間內(nèi)急劇下降[2]。

4.2 現(xiàn)代鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

以計(jì)算為基礎(chǔ)的防火設(shè)計(jì)在實(shí)際應(yīng)用中具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，能夠從實(shí)際情況出發(fā)展開(kāi)耐火設(shè)計(jì)。在具體設(shè)計(jì)中：第一，明確各類(lèi)構(gòu)件表面的防火被覆厚度；第二，明確處于耐火極限下的構(gòu)件內(nèi)部溫度；第三，根據(jù)現(xiàn)有高溫條件下鋼材料的力學(xué)性能參數(shù)，明確結(jié)構(gòu)溫度作用以及外荷載作用下的內(nèi)力情況；第四，展開(kāi)荷載組合；第五，結(jié)合構(gòu)件以及受載類(lèi)型等方面情況對(duì)構(gòu)件在耐火承載力極限狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)算；第六，如果防火被覆厚度計(jì)算存在問(wèn)題，那么還需要對(duì)其重新進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，直至滿(mǎn)足規(guī)范要求。

4.3 根據(jù)建筑重要性合理選擇鋼結(jié)構(gòu)建筑耐火等級(jí)

不同鋼結(jié)構(gòu)建筑的用途各不相同，其火災(zāi)危險(xiǎn)性也會(huì)存在一定的差異。鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)中必須要與我國(guó)建筑防火規(guī)范相結(jié)合，綜合多個(gè)方面因素分析考慮。根據(jù)國(guó)家一些強(qiáng)制性的規(guī)定和建筑重要性等級(jí)，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑的火災(zāi)危險(xiǎn)性類(lèi)別進(jìn)行合理的劃分，之后結(jié)合分類(lèi)明確鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)所需要達(dá)到的防火等級(jí)。

4.4 報(bào)警系統(tǒng)和滅火裝置

以往的報(bào)警設(shè)備感溫探測(cè)器探測(cè)高度在8m以下，感煙探測(cè)器的探測(cè)高度在12m以下。鋼結(jié)構(gòu)建筑空間構(gòu)造相對(duì)較大，在固定房間報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面可采取一般探測(cè)器，針對(duì)展區(qū)等較大空間，報(bào)警系統(tǒng)可選擇雙波段火焰探測(cè)器等設(shè)備，同時(shí)搭配自動(dòng)水炮系統(tǒng)使用。在滅火裝置方面，自動(dòng)報(bào)警滅火系統(tǒng)在建筑防火方面發(fā)揮了重要價(jià)值，其應(yīng)用非常廣泛，主要是利用加壓設(shè)備將水送入管帶噴頭，噴頭收到控制信號(hào)后自動(dòng)啟動(dòng)灑水滅火，實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)蔓延的有效控制。高層建筑在防火方面需要以自防自救為主，適當(dāng)增大室內(nèi)消防用水量[3]。

5 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前人類(lèi)的活動(dòng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)建筑防火方面要求越來(lái)越高，想要實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有建筑防火規(guī)范的完善，明確建筑在火災(zāi)下的安全性能，使鋼結(jié)構(gòu)耐火設(shè)計(jì)方法得到優(yōu)化，每一個(gè)建筑防火研究人員都需要在實(shí)踐中不斷研究探索。鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)人員在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中需要與建筑實(shí)際情況相結(jié)合，從材料耐火性、耐高溫性和耐腐蝕性等方面綜合分析考慮，提高鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)合理性，使建筑內(nèi)人員生命和財(cái)產(chǎn)安全得到保證。