谈现代轻钢结构厂房耐火保护及防火分区

精选优质文档-----倾情为你奉上精选优质文档-----倾情为你奉上专心---专注---专业专心---专注---专业精选优质文档-----倾情为你奉上专心---专注---专业谈现代轻钢结构厂房耐火保护及防火分区编辑：studa9ngns作者：陈宏民出处：日期：2006-3-21摘要：对钢结构必须采取措施进行保护。一是对钢构件进行耐火保护，使其在火灾时温度升高不超过临界温度，结构在火灾中就能保护稳定性；二是对厂房内部进行有效的防火分区，防止火势向其他区域蔓延、扩散。不过对于现代轻钢结构厂房的大跨度、大空间来说，防火分区的设置具有一定难度。关键词：厂房耐火保护防火分区轻型钢结构厂房办公楼具有造型美观、色彩鲜艳、建筑体型多样化、造价低、建设周期短、机械化程度高、安装施工简便、平面布局灵活易改造，同时钢材具有重量轻、材质均匀、力学计算模型与实际受力比较符合等诸多优点，所以在现代工业厂房中大量采用。但钢材也有一个致命的缺点：不耐火。钢材虽然是不燃材料，但在火灾高温作用下，其力学性能如屈服强度、弹性模量等却会随温度升高而降低，在550摄氏度左右时，降低幅度更为明显，一般在15min左右就会丧失承重能力而垮塌。因此，对钢结构必须采取措施进行保护。一是对钢构件进行耐火保护，使其在火灾时温度升高不超过临界温度，结构在火灾中就能保护稳定性；二是对厂房内部进行有效的防火分区，防止火势向其他区域蔓延、扩散。不过对于现代轻钢结构厂房的大跨度、大空间来说，防火分区的设置具有一定难度。1、轻钢结构厂房的防火分区防火分区在普通民用建筑中较易实现，如在门、厅、楼梯等处采取一些技术措施，用防火墙、防火门、防火卷帘加水幕都可以较好地解决。若建筑内设有自动喷水灭火设备，每层最大允许防火分区面积还可以增加l倍。但若试图把这些技术措施转移至大面积的轻钢结构厂房，就会遇到新的问题。1．1防火墙与防火分区用防火墙将厂房分隔是不可能的。不仅因为厂房大空间被分割后影响其通透性，而且从生产工艺的连续性要求心以及厂房内物流组织的；顷畅性来说，也是不可行的。若从生产管理的角度看，业主也不会接受这样的方案。1．2防火门、防火卷帘与防火分区利用防火门与防火卷帘进行防火分区，在民用建筑中是轻而易举的。可面对大跨度的轻钢厂房(经常采用13~36m跨)，就很难实现。这不仅因为没有如此跨度的卷帘，而且这样大的跨度，在收放时很难控制，容易卡在滑槽里。所以利用防火门、防火卷帘进行防火分区也是不可行的。1．3自动喷水灭火与防火分区既然《建筑设计防火规范》(GBJl6-87)规定，设自动喷水灭火装置的建筑，每层最大防火分区面积允许增加1倍。那么可否采取设置自动喷水灭火装置呢?首先，根据《自动喷水灭火系统设计规范》(GBJ84-85)，高度超过8m的大空间建筑物，安装自动喷水灭火系统的作用不大，而单层轻钢结构厂房的高度一般都超过8m，其次，虽安装自动喷水灭火系统后，防火分区允许面积扩大1倍也无法覆盖全厂房。所以此方法不完全可行。1．4防火带与防火分区厂房内由于生产工艺边连续性的要求，无法设防火墙，可改设防火带。在有可燃构件的厂房中划出一段区域，将这个区域内的构件全部改用不燃性材料，并采取措施阴挡防火带一侧的烟火不会流窜至另一侧，从而直到防火分隔的作用。对防火带必须做到：1)防火带中的屋顶结构应用不燃性材料，其宽度不应小于6m，并高出相邻屋脊0．7m。2)防火带最好设在厂房内的通道部位，以得火灾时的安全疏散和扑救工作。3)防火带内不得堆放可燃物。此法在实际实施过程中，从管理上不好控制防火带内无可燃物。并且在设计时对工艺布置限制大，影响工艺布置。所以此方法实施有一定的难度。1．5独立水幕与防火分区水幕可以起防火墙的作用，用独立水幕作防火分隔，是一个非常好的方案。防火水幕带宜采用喷雾型喷头，也可采用雨淋式水幕喷头。水幕喷头的排列不应少于3排，防火水幕带形成的水幕宽度不宜小于5m，流量2L／(s-m)。这种分隔方式灵活，不像防火墙要把车间截断，也没有大跨度防火卷帘的麻烦，理论上多大跨度都可以。在正常生产时，就好象它不存在，一旦有火灾需要防火分隔时，它可以立即实现有效分隔。但独立水幕作防火分隔也不是完美解决方案：1)需水量大。2)厂房内发生火灾开始往往是局部的，只需几个灭火器就能解决问题，可此时若启动水幕，会对生产设备造成破坏，由此造成的损失比局部火灾的损失更大。因此需严格控制水幕的启动时机，防止误动，所以设计时采用人工手动启动更合适。3)有效维护麻烦，无法试水检验水幕系统的可靠性。2、轻钢结构厂房的耐火保护由于钢结构达不规范要求的耐火极限，需采取相应的耐火保护措施。2．1粘贴法与耐火保护粘贴法就是将石棉硅酸钙、矿棉、轻质石膏等防火材料预制成板材，用胶粘贴在钢结构构件上。由于粘贴的轻质成型板材不耐撞击，而工业厂房柱下部分又难免有轻微磕碰；同时考虑到板材易受潮吸水，降低胶粘剂的粘接强度；此外，厂房内钢构件全部用板材覆盖不仅增加成本，而且影响原有钢骨的美感，业主很难认可这样的方案。2．2吊顶法与耐火保护吊顶法是用轻质、薄型、耐火的材料制作吊顶，把钢梁、钢屋架包藏在耐火材料组成的吊顶内。火灾时可以使钢梁、钢屋架的升温大为延缓，大提高钢结构的耐火能力。由于此种方法只保护了屋面钢构件，所以屋面吊顶下的其他钢构件如柱，还需采用其他方法加以保护。同时工业厂房内的屋面下，挂有大量的设备，如各种公用管线、悬挂吊车等，如做吊顶必然影响设备的使用及维护，而且设置吊顶会增加成本较多。这样的方案业主也很难认可。2．3现浇法与耐火保护现浇法一般用普通混凝土、或加气混凝土浇注包裹钢构件，是最可靠的钢结构防火方法。但采用此方法需支模、浇注、养护等，施工周期长，且增加构件的重量较多，成本增加大。此方法对轻钢结构厂房不可行。2．4喷涂法与耐火保护喷涂法是用喷涂机具将防火涂料直接喷在构件表面，形成保护层。钢结构防火涂料的防火原理有3个：1)涂层对钢基材起屏蔽作用，使钢结构不至于直接暴露在火焰高温中。2)涂层吸热后，部分物质分解放出的水蒸汽或其他不燃气体，起到消耗热量、降低火焰温度和燃烧速度、稀释氧气的作用。3)涂层本身多孔轻质和受热后形成碳化泡沫层，阻止了热量迅速向钢基材传递，推迟了钢基材强度的降低，从而提高了钢结构的耐火极限。在喷涂钢结构防火涂料时，喷涂的厚度必须达到设计值，节点部位宜适当加厚，当遇有下列情况之一时，涂层内应设置与钢结构相连的钢丝网，以确保涂层牢固：1)梁承受冲击振动；2)设计层厚度大于40mm时；3)涂料粘结强度小于0．05Mpa；4)梁腹板高度大于1．5m。喷涂法为一种最简单、最经济、最有效的做法，其价格低、重量轻、施工速度快、适用于形状复杂的钢构件。缺点是喷涂表面粗糙不平，不美观又易挂灰难于清理。此方法目前最适合于轻钢结构厂房，也为业主所接受。3、总结综上所述，目前轻钢结构工业厂房的耐火保护和防火分区分别采用喷涂法和独立水幕是最适合的方法，但各方法也都有不如意的地方。我们仍需在设计中不断探索，以便找出更好的方案。建筑施工裂缝分析编辑：studa9ngns作者：如艺出处：日期：2006-3-21摘要：施工项目质量问题的分析，是正确拟定质量事故处理方案的前提，是明确质量事故责任的依据。为此，要求对质量问题的分析力求全面、准确、客观;对事故的性质、危害、原因、责任都不能遗漏。要有科学的论证和判断;言之有理:论之有据，方能达到统一认识的目的。关键词：施工裂缝分析施工项目质量问题的分析，是正确拟定质量事故处理方案的前提，是明确质量事故责任的依据。为此，要求对质量问题的分析力求全面、准确、客观;对事故的性质、危害、原因、责任都不能遗漏。要有科学的论证和判断;言之有理:论之有据，方能达到统一认识的目的。一、墙体裂缝分析(一)地基不均匀沉降引起墙体裂缝分析房屋的全部荷载最终通过基础传给地基，而地基在荷载作用下，其应力是随深度而扩散，深度大，扩散愈大，应力愈小;在同一深处，也总是中间最大，向两端逐渐减小。也正是由于土壤这种应力的扩散作用，即使地基地层非常均匀，房屋地基应力分布仍然是不均匀的，从而使房屋地基产生不均匀沉降，即房屋中部沉降多，两端沉降少，形成微向下凹的盆状曲面的沉降分布。在地质较好、较均匀，且房屋的长高比不大的情况下，房屋地基不均匀沉降的差值是比较小的，一般对房屋的安全使用不会产生多大的影响。但当房屋修建在淤泥土质或软塑状态的粘性土上时，由于土的强度低、压缩性大，房屋的绝对沉降量和相对不均匀沉降量都可能比较大。如果房屋设计的长高比较大，整体刚度差，而对地基又末进行加固处理，那么墙体就可能出现严重的裂缝。裂缝对称的发生在纵墙的两端，向沉降较大的方向倾斜，沿着门窗洞口约成45。呈正八字形，且房屋的上部裂缝小，下部裂缝大。这种裂缝，必然是地基附加应力作用使地基产生不均匀沉降而形成的。当房屋地基土层分布不均匀，土质差别较大时，则往往在不同土层的交接处或同一土层厚薄不一处出现较明显的不均匀沉降，造成墙体开裂，其裂缝上大下小，向土质较软或土层较厚的方向倾斜。在房屋高差较大或荷载差异较大的情况下，当未留设沉降缝时，也容易在高低和较重的交接部位产生较大的不均匀沉降裂缝。此时，裂缝位于层数低的荷载轻的部分，并向上朝着层数高的荷载重的部分倾斜。当房屋两端土质压缩性大，中部小时，沉降分布曲线将成凸形，此时，往往除了在纵墙两端出现向外倾斜裂缝外，也常在纵墙顶部出现竖向裂缝。在多层房屋中，当底层窗台过宽时，也往往容易因荷载由窗间墙集中传递，使地基不均匀沉降，致使窗台在地基反力作用下产生反向弯曲，引起窗台中部的竖向裂缝。此外，新建房屋的基础若位于原有房屋基础下，则要求新、旧基础底面的高差H与净距L的比值应小于0.5~1。否则，由于新建房屋的荷载作用使地基沉降而引起原有房屋、墙体裂缝。同理，在施工相邻的高层和低层房屋时，亦应本着先高、重，后低、轻的原则组织施工;否则，若先施工了低层房屋后再施工高层房屋，则也会造成低层房屋墙体的开裂。从以上分析可知，裂缝的分布与墙体的长高比有密切关系，长高比大的房屋因刚度差，抵抗变形能力差，故容易出现裂缝;因纵墙的长高比大于横墙的长高比，所以大部分裂缝发生在纵墙上。裂缝的分布与地基沉降分布曲线密切有关，当沉降分布曲线为凹形时，裂缝较多的发生在房屋下部，裂缝宽度下大上小;当沉降分布曲线为凸形，裂缝较多的发生在房屋的上部，裂缝宽度上大下小。裂缝分布与墙体的受力特点密切有关，在门窗洞口处，平面转折处、层高变化处，由于应力集中，往往也就容易出现裂缝;又因墙体是受剪切破坏，其主拉应力为45。所以裂缝也成45倾斜。为了防止地基不均匀沉降引起墙体开裂，首先应处理好软土地基和不均匀地基，但在拟定地基加固和处理方案时，又应将地基处理和上部结构处理结合起来考虑使其能共同工作;不能单纯从地基处理出发，否则，不仅费用大;而效果亦差。在上部结构处理上有:改变建筑物体型;简化建筑物平面;合理设沉降缝;加强房屋整体刚度(如增加横墙、增设圈梁、采用筏式基础、箱形基础等);采用轻型结构、柔性结构等。(二)温度应力引起墙体裂缝分析一般材料均有热胀冷缩性质，房屋结构由于周围温度变化引起热胀冷缩变形，称为温度变形。如果结构不受任何约束，在温度变化时能自由变形，那么结构中就不会产生附加应力。如果结构受到约束而不能自由变形时，则将在结构中产生附加应力或称温度应力。由温度应力引起结构的伸缩值。由于钢筋混凝土的线膨胀系数a=1.08X10/C，而普通砖砌体的线膨胀系数为0.5XlO/C，在相同温差下，钢筋混凝土结构的伸长值要比砖砌体大一倍左右。所以，在混合结构中，当温度变化时，钢筋混凝土屋盖、楼盖、圈梁等与砖墙伸缩不一，必然彼此相牵制而产生温度应力，使房屋结构开裂破坏。温度应力引起墙体裂缝一般有以下几种情况:1.八字形裂缝如图4-6所示，当外界温度上升时，外墙本身沿长度方向将有所伸长，但屋盖部分(特别是直接暴露在大气中的钢筋混凝土屋盖)的伸长值大得多。从屋盖与墙体连接处切开来看，屋盖伸长对墙体产生附加水平推力，使墙体受到屋盖的推力而产生剪应力，剪应力和拉应力又引起主拉应力，当主拉应力过大时，将在墙体上产生八字形裂缝。由于剪应力的分布大体是中间为零，两端最大，因此八字形裂缝多发生在墙体两端，一般占二、三个开间，且发生在顶层墙面上。2.水平裂缝和包角裂缝平屋顶房屋，有时在屋面板底部附近或顶层圈梁附近，出现沿外墙顶部的纵向水平裂缝和包角裂缝，这是由于屋面伸长或缩短引起的向外或向内推拉力而产生的，包角裂缝实际上是水平裂缝的一种形式，是外横墙和纵墙的水平裂缝连接起来形成的，在这种情况下，下面一般不会再出现八字形裂缝。有时，外纵墙的水平裂缝也会出现在顶层的窗台水平处。3，女儿墙根部和竖向裂缝女儿墙根部由于受到屋面伸长或缩短引起的向外或向内的推、拉力，使女儿墙根部的砌体外西域女儿墙外倾现象，形成水平裂缝。有时，由于钢筋混凝土屋面的收缩，也可能使女儿墙处于偏心受压状态，从而造成女儿墙上部沿竖向开裂。此外，在楼梯间两侧或有错层处的墙体将易产生局部的竖向裂缝，这是由于楼面收缩产生较大的拉力所致。影响房屋伸缩出现裂缝的原因很多而且复杂，以上所述的仅是一些常见的情况。为了减少温度应力的影响，可采取合理地设伸缩缝;避兔楼面错层和伸缩缝错位;加强屋面保温、隔热;用油毡夹滑石粉或铁皮将屋面板和墙体隔离，并在女儿墙根部留一定空隙，使其能自由伸缩且有伸缩余地;采用蓄水屋面域种植屋面;女儿墙设构造柱；加强结构的薄弱环节，提高其抗拉强度等技术措施。二、悬挑结构坍塌分析悬挑结构坍塌实例较多，一是整体倾覆坍塌;二是沿悬臂梁、板根部断塌。其主要原因有:1.稳定力矩小于倾覆力矩悬挑结构是靠压重或外加拉力来保持稳定，要求抗倾覆的安全因素不小于1.5，若稳定力矩小于倾覆力矩时，必然失稳，倾覆坍塌。如雨蓬、挑梁，当梁上压重(砌砖的高度)不能满足稳定要求时，就拆除支撑、模板，即会产生坍塌事故。2.模板支撑方案不当悬挑结构根部受力最大，当混凝土浇筑后，尚未达到足够强度时，模板支撑产生沉降，根部混凝土随即开裂，拆模后将从根部产生断裂坍塌;若悬挑结构为变截面时，施工时将模板做成等截面外形，而造成根部断面减小，拆模后也会造成断塌事故。3.钢筋错位、变形悬挑结构根部负弯矩最大，主筋应配在梁板的上部。若施工时将钢筋放在下部，或被踩踏向下变形过大，或锚固长度不够等原因，拆模后，均会导致根部断塌。4.施工超载悬挑结构的固端弯矩与作用荷载成正比，如施工荷载超过设计荷载，当模板下沉时就在根部出现裂缝;尤其是当由根部向外浇筑混凝土时，随着荷载增加;模板变形，也极容易在根部产生裂缝，导致拆模后断裂。5.拆模过早不少悬挑结构断塌事故都是由于拆模过早，混凝土未达到足够强度所造成。所以，规范规定，跨度小于2m的悬臂梁及板，混凝土拆模强度应大于等于70%;跨度大于2m的悬臂梁及板，混凝土的拆模强度为100%。三、钢筋混凝土柱吊装断裂事故分析(一)事故概况某工程项目C列柱为等截面柱，长l2m;断面为40Omm*6OOmm;采用对称配筋，每边为4业16，构造筋为2业12;混凝土强度等级为C20，吊装时已达100%强度;柱为平卧预制，一点起吊;吊点距柱顶2m;刚吊离地面时，在柱脚与吊点之间离柱脚4.8m左右产生裂缝，裂缝沿底面向两侧面延伸贯通，最大宽度达1.3mm，使柱产生断裂现象。(二)事故原因分析此事故的主要原因是:柱平卧预制吊装，吊点受力与使用受力不一致;吊点选择不合理，吊装弯矩过大，其抗弯强度和抗裂度不能满足要求所造成。现予以分析验算如下:1.吊点选择不符合吊装弯矩MDm，最小的原则柱子吊装弯矩的大小与吊点位置密切有大而遭受破坏，其吊点选择的原则:必须力求吊装弯距最小。为此，对等截面柱，当一点起吊时，应使|Mmx|=|一MD|，即跨中最大正弯距语吊点处负弯距的绝对值相等。据此求得吊点位置距柱顶为0·293L(L为柱长)处。当L为12米时，吊点距柱顶应为0.293X12=3.5m。原吊点离柱顶为2m，故不符合吊装弯矩最小的原则，吊装时必然使跨中最大弯矩的绝对值大于吊点处负弯矩的绝对值，所以裂缝发生在跨中最大正弯矩的截面处。2.柱子吊装中抗弯强度不够现就按吊装弯矩最小进行验算，柱子平卧预制一点起吊，其抗弯强度也不能满足要求。验算结果如下:(1)计算荷载g取钢筋混凝土重力密度为25000N/m'，则自重为0.4X0.6X25000=6000N/m;动载系数为1.3~1.5，取1.5，则计算荷载q=1.5X6000=9000N/m。(2)计算简图按吊装弯短最小的原则,吊点离柱顶为3·5m,吊装时柱脚不离地，柱子刚吊离地面近似于一根悬臂的简支