钢结构建筑存在问题及防火保护措施VIP

钢结构建筑存在问题及防火保护措钢结构建筑存在问题及防火保护措 施施 1 引 引 言言 钢结构作为现代建筑的一种主要形式 具有强度高 自重 轻 抗震性能好 施工周期短 建筑工业化程度高 空间利用 率大等优点 为建筑的优化设计提供了相当大的空间 为企业 节省了大量的投资 赢得了更多的利益 因此 近年来 钢结 构建筑在业内得到了广泛的应用 然而 钢结构建筑耐火性能 差的特点也非常明显 笔者根据当前钢结构使用广泛的实际 分析了钢结构建筑在火灾防范中存在的缺陷 提出了钢结构建 筑中一些防火措施 作为钢结构建筑防火设计和重大火灾隐患 整改参考 2 钢结构的运用现状 钢结构的运用现状 近年来 随着经济的快速发展带来了建筑业的空前繁荣 一些大跨度 超高层建筑应运而生 建筑物中运用钢结构种类 越来越多 厂房 桥梁 住宅 工厂 仓库 体育馆 展览馆 超市等建筑也越来越广泛运用轻钢结构 人类文化生活的不断 提高 对高层 大跨度建筑的要求也就越来越高 钢结构本身 具备自重轻 强度高 施工快等独特优点 因此对高层 大跨 度 尤其是超高层 超大跨度 采用钢结构是非常理想的的选 择 目前世界上最高 最大的建筑一般都是采用钢结构 而历 届奥运会的场馆也多采用钢结构 如 世界第三高度 420 米的 上海金茂大厦 具有国际领先水平的深圳赛格大厦 72 层 高度 291 米全部采用钢管混凝土柱 采用国产钢材 国内设计 施 工的大连世贸中心 跨度 216 米的公路铁路两用低塔斜拉桥 芜湖长江大桥 上海宝钢大型轧钢厂房等 随着钢结构的发 展 我国低层 多层及轻钢结构运用越来越广泛 高层及超高 层和大跨度钢结构也有了较大发展 3 钢结构建筑存在的消防安全问题 钢结构建筑存在的消防安全问题 钢结构建筑的梁 柱 屋架是建筑的骨架 它的安全性直 接关系到整幢建筑的安全 它们大都采用钢材 与其存在的优 点相比较 钢结构也存在其自身缺点 钢结构建筑耐火极限低 保温隔热性能差 容易腐蚀等 国内外钢结构建筑物的火灾案 例都证明 发生火灾后 20 分钟以内钢结构建筑物就会被烧垮 变成一片废墟 1973 年 5 月天津市体育馆火灾 1969 年 12 月 上海文化广场火灾 1972 年 8 月北京二七机车车辆厂纤维板车 间火灾 都曝露了钢结构耐火性能差的致命弱点 特别是美国 9 11 事件后 钢结构的一大致命缺陷即抗高温软化能力差的问 题引起人们的普遍关注 3 1 钢结构的耐火等级较差 钢的内部晶体组织对温度非常敏感 温度的升高或者降低 都会使钢材性能发生变化 总的趋势是随着温度的升高 钢材 强度降低 变形增大 根据钢构件耐火实验得到钢构件的耐火 极限为 t 0 54 ts 50 f v 0 6 式中 t 耐火极限 min 分钟 ts 钢构件温度 摄氏度 f v 构件的截面系数 等于单位长度构件的受火面积与其 体积的比值 m 1 耐火极限是指对任一建筑构件按时间 温度标准曲线进行耐 火实验 从受到火的作用时起 到失去支持能力或完整性被破 坏或失去隔火作用时止的这段时间 因此 常用钢结构构件的 耐火极限只有 15min 30min 我国 20 世纪 90 年代初对裸露钢 梁的耐火极限进行了验证 确认 i36b i40b 标准工字钢梁的耐 火极限分别为 15min 16min 建筑设计防火规范 gb50016 2006 中 将建筑物的耐火 等级划分为四级 划分的依据是组成建筑物的构件的燃烧性能 和构件最低的耐火极限 未经防火保护的钢结构建筑物的耐火 等级仅为四级 不能满足火灾情况下对建筑防火的要求 钢结 构适用的体育馆 剧院等重要公共建筑 规范要求应达到一 二级耐火等级 高层建筑 规范要求应为一 二级耐火等级 而丙类的工业厂房 规范要求最低的耐火等级为三级 所以 钢结构建筑物必须对钢结构进行必要的防火保护 克服其材料 实际应用中耐火性能的不足 达到规范对相应使用性质和建筑 规模建筑物的耐火等级要求 3 2 钢结构遇高温易变形 造成建筑物倒塌 钢是含碳量小于 2 的铁碳合金 碳大于 2 时则为铸铁 制造钢结构所用的材料由碳素结构钢中的低碳钢及低合金钢 碳素结构钢由纯铁 碳及杂质元素组成 低合金结构钢中 除 上述元素外还加入合金元素 后者总量通常不超过 3 碳是形 成钢材强度的主要成分 碳含量提高 则钢材强度提高 但同 时钢材的塑性 韧性 冷弯性能 可焊性及抗锈蚀能力下降 含碳量小于 0 25 的为低碳钢 钢结构用钢的碳含量一般不大 于 0 22 钢材虽然是不燃烧体 但就其自身耐火性能来讲 远低于砖石和钢筋混凝土 钢结构建筑具有耐火性能差这个致 命弱点 在未进行防火保护的情况下 火灾时 其强度会迅速 下降 约在 150 以内钢材性能没有很大的变化 在 430 540 之间则强度急剧下降 600 时强度很低不能承担荷载 另外 250 附近出现兰脆现象 约 260 320 时有徐变现象 在自身温度达到 540 左右时 钢材的屈服应力仅有常温屈服应 力值的 40 使承载能力急剧下降 钢结构不可避免地发生变 形 造成钢结构建筑物一部分或全部垮塌毁坏 一般火场温度 达到 800 1000 在这样高的温度下 裸露的钢结构会很快 出现塑性变形 产生局部破坏 造成钢结构建筑整体倒塌 4 钢结构建筑的消防按防范措施 钢结构建筑的消防按防范措施 要使钢结构材料在实际应用中克服耐火方面的不足 必须 对其进行防火处理 其目的就是将钢结构的耐火极限提高到设 计规范规定的极限范围 防止钢结构在火灾中迅速升温发生形 变塌落 其措施是多种多样的 关键是要根据不同情况采取不 同方法 如采用绝热 耐火材料阻隔火焰直接灼烧钢结构 降 低热量传递的速度推迟钢结构温升 强度变弱的时间等 对于 钢结构的防火保护 无论采取何种方法都应具备以下几点 1 安全无毒 2 易于与钢构件结合 3 在预期的耐火极限内可有 效地保护钢结构 4 在钢构件受火后发生允许变形时 防火保 护材料应不被破坏而仍能发挥原有的保护作用 5 经济合理 由于钢结构耐火性能差 在火灾高温作用下很快倒塌 耐火极 限仅为 15 分钟 若采取措施 对钢结构进行保护 提高耐火极 限 即使钢结构在火灾中也能保持稳定性 绝热性 4 1 外包防火层法 外包防火层法就是在钢结构外表添加外包层 可以现浇成 型 也可以采用喷涂法 现浇成型的实体混凝土外包层通常用 钢丝网或钢筋来加强 以限制收缩裂缝 并保证外壳的强度 喷涂法可以在施工现场对钢结构表面涂抹砂泵以形成保护层 砂泵可以是石灰水泥或是石膏砂浆 也可以掺入珍珠岩或石棉 同时外包层也可以用珍珠岩 石棉 石膏或石棉水泥 轻混凝 土做成预制板 采用胶粘剂 钉子 螺栓固定在钢结构上 外 包防火层法通常应用于钢柱 其做法有 金属网抹 50 砂浆保 护 厚度为 8mm 耐火极限达到 0 8h 用加气混凝土作保护层 厚度为 40mm 时耐火极限为 1 0h 当厚度为 80mm 时 耐火极 限能够达到 2 33h 用 200 混凝土作保护层 保护层厚度为 100mm 时耐火极限能够达到 2 85h 用普通粘土砖作保护层 厚度为 120mm 时耐火极限能够达到 2 85h 用陶粒混凝土作保 护层 保护层厚度为 80mm 时耐火极限能够达到 3 0h 随着技 术发展 用防火板作保护层技术越来越完善 应用越来越广 防火板钢结构防火保护主要用于耐火等级为一 二级的建筑物 的钢柱 梁 楼板和屋顶承重构件 设备的承重钢框架 支架 裙座等钢构件进行包覆和屏蔽 以阻隔火焰和热量 降低钢结 构的升温速率 将钢结构的耐火极限由 0 25h 提升到设计规范 规定的耐火极限 其安装方法可采用粘结剂或钢件 如铁钉 铁 箍 固定在钢构件上 在作包覆保护之前钢构件应先作防锈去污 处理 并涂刷防锈漆 在日常施工监督检查和工程项目验收过 程中 我们会发现个施工单位为降低成本赚取利润 在施工过 程中未按照要求进行操作 甚至偷工减料 致使防火层厚度不 够 建筑防火等级下降 因此 要加强这方面的监督和管理 作为建筑施工 验收检查的重要环节 4 2 防火涂料法 防火涂料法就是在钢结构上喷涂防火涂料以提高其耐火极 限 目前 我国钢结构防火涂料主要分为薄涂型和厚涂型两类 即薄型 类 包括超薄型 和厚型 类 薄型涂层厚度 在 7mm 以下 在火灾时能吸热膨胀发泡 形成泡沫状炭化隔热 层 从而阻止热量向钢结构传递 延缓钢结构温升 起到防火 保护作用 其主要优点是 涂层薄 对钢结构负荷轻 装饰性 较好 对小面积复杂形状的钢结构表面的工比厚型要容易 厚 型涂层厚度为 8 50mm 涂层受热不发泡 依靠其较低的导热率 来延缓钢结构温升 起到防火保护作用 两者具有不同的性能 特点 分别适用于不同场合 但是 无论那种产品均应通过国 家检测机构检测合格 方可选用 1 防火涂料技术性能指标 厚涂型钢结构防火涂料技术性能指标 粘性强度 mpa 0 04 抗压强度 mpa 0 3 干密度 kg m3 500 热导率 w m k 0 1160 0 1kcal m h 0c 耐水性 h 24 耐冻融循环性 次 15 耐火极限涂层厚度 mm 1520304050 耐火时间不低于 h 1 01 52 02 53 0 薄涂型钢结构防火涂料技术性能指标 粘性强度 mpa 0 15 抗弯性挠曲 l 100 涂层不起层 脱落 抗震性挠曲 l 200 涂层不起层 脱落 耐水性 h 24 耐冻融循环性 次 15 耐火极限涂层厚度 mm 1520304050 耐火时间不低于 h 1 01 52 02 53 0 2 钢结构防火涂料的选用规定 室内裸露钢结构 轻型屋盖钢结构及有装饰要求的钢结构 当规定耐火极限在 1 5h 及以下时 宜选用薄涂型钢结构防火涂 料 室内隐蔽钢结构 高层全钢结构及多层厂房钢结构 当规 定其耐火极限在 1 5h 以上时 应选用厚涂型钢结构防火涂料 露天钢结构 应选用适合室外用的钢结构防火涂料 用于 保护钢结构的防火涂料应不含石棉 不用苯类溶剂 在施工干 燥后应没有刺激性气味 不腐蚀钢材 在预定的使用期内须保 持其性能 3 确定钢结构防火涂料涂层厚度的原则 钢结构防火涂料的涂层厚度 可按下列原则之一确定 按照有关规范对钢结构不同构件耐火极限的要求 根据标 准耐火实验数据选定相应的涂层厚度 根据标准耐火试验数据 按照下列计算方法确定涂层的厚度 4 钢结构防火涂料施用厚度计算 在设计防火保护涂层和喷涂施工时 根据标准试验得出的 某一耐火极限的保护层厚度 确定不同规格钢构件达到相同耐 火极限所需的同种防火涂料的保护层厚度 可参照下列经验公 式计算 式中 t1 待喷防火涂层厚度 mm t2 标准试验时的涂层厚度 mm w1 待喷钢梁重量 kg m w2 标准试验时的钢梁重量 kg m d1 待喷钢梁防火涂层接触面周长 mm d2 标准试验时钢梁防火涂层接触面周长 mm k 系数 对钢梁 k 1 对相应楼层钢柱的保护层厚度 宜乘以系数 k 设 k 1 25 公式的限定条件为 w d 22 t 9mm 耐火极限 t 1x 5 钢结构防火涂料施工作为建筑工程中的重要组成部分 首当其冲的是防火涂料的质量 钢结构防火涂料应用技术规 范 cecs24 90 第 3 2 1 条规定 用于保护钢结构的防 火涂料必须有国家检验机构的耐火极限检测报告和理化性能检 测报告 必须有防火监督部门核发的生产许可证和生产厂方的 产品合格证 少数防火涂料生产厂家虽通过国家消防产品检测 机构的检测 但内部采用送检样品使用一套生产标准 甚至购 买其它合格产品冒充自己产品送检 生产产品却用另一套标 准的方法 为追求经济效益 降低原材料等级 擅自改变配方 导致劣质产品流入市场 同时 个别建设单位不清楚规范或图 省钱 直接雇用刷油工或组织有关非专业人员涂刷 非专业队 伍不懂防火涂料喷涂技术 直接影响了工程质量 因此 我们 在日常验收过程要注意以下几个事项 薄涂型钢结构防火涂料施工要符合以下要求 1 涂层与钢 基材之间以及涂层之间要粘结牢固 无脱层 空鼓等情况 2 涂层厚度要符合有关耐火极限的设计要求 3 涂层外观要平整 光滑 轮廓清晰 颜色均匀 无明显凹陷 粉化 松散和浮浆 乳突已剔除 如有个别裂缝 其宽度不应大于 0 5mm 厚涂型钢结构防火涂料要符合以下要求 1 涂层与钢基材 之间以及涂层之间要粘结牢固 完全闭合 无脱层 空鼓等情 况 2 涂层厚度的 80 以上 含 面积要符合有关耐火极限的 设计要求 且最薄处厚度不应低于设计厚度的 85 3 涂层外 观要均匀平整 无明显凹陷 粉化 松散和浮浆 乳突已剔除 如有个别裂缝 其宽度不应大于 1mm 4 3 发泡防火漆法 防火漆是由成膜剂 阻燃剂 发泡剂等多种材料制造而成 的一种阻燃涂料 防火漆与一般油漆相比 在物理性能方面基 本一样 不同的是它干燥以后 漆膜本身不易燃烧 遇火时 能推迟火焰延烧到涂漆的可燃物上 具有一定的防火性能 据 试验 将一般油漆与防火漆分别涂在木板上 干燥后 用同样 的火焰烘烤 涂一般油漆的木板 不到 2 分钟就和油漆一道焦 灼 而涂非膨胀惰气型防火漆的木板 分钟后仅出现阴燃现 象 静置 30 秒后立即熄灭 涂膨胀惰气型防火漆的木板 即使 烘烤 分钟 连阴燃现象也未出现 由此可见 用防火漆涂 于物体表面 一旦发生火灾 的确能在定时间里阻止火势蔓延 保护物体表面 从而为灭火战斗取宝贵的时间 防火漆具有很 好的耐火和阻燃性质 在日常实际中也被广泛使用 但是目前 个别单位用一些生产要求不达标的劣