提高鋼結(jié)構(gòu)耐火性能 大力推廣鋼結(jié)構(gòu)建筑

1、提高鋼結(jié)構(gòu)耐火性能楊惠予摘要：鋼結(jié)構(gòu)具有自重輕、強度高、抗震性能好，施工時間短、材料可回收再生等諸多優(yōu)點，但由于鋼材本身不能耐高溫的特點，影響了鋼結(jié)構(gòu)建筑的安全性，阻礙了鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。本文對鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能做了簡單介紹，并在設(shè)計以及施工方面提出了提高鋼結(jié)構(gòu)耐火性能的相關(guān)措施。關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)耐火性措施0引言建筑鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點多多，相比較傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)等，它性能穩(wěn)定，質(zhì)量輕強度高，抗震性能好，施TBI可以在廠房進行加工再到現(xiàn)場裝配

2、，不僅裝配的完整度好精密度高，而且能夠大大的加快施工進度縮短工期。同時它還被稱為“綠色建筑”，基礎(chǔ)造價低，材料可回收和再生，節(jié)能、省地、節(jié)水。作為一種綠色環(huán)保建筑，近年來，鋼結(jié)構(gòu)住宅已被建設(shè)部列為重點推廣項目。然而，這么好的建筑結(jié)構(gòu)形式卻有一處致命傷，那就是耐火性能差。由于鋼結(jié)構(gòu)建筑本身具有一定的可燃物，而鋼結(jié)構(gòu)本身又有受熱強度降低極易造成建筑物倒塌等特性，因此鋼結(jié)構(gòu)建筑一旦發(fā)生火災(zāi)往往造成群死群傷等惡性火災(zāi)事故的發(fā)生。最典型的例子就是

3、美國的“911’事件，事件的主角是美國世貿(mào)中心大樓，是典型的鋼結(jié)構(gòu)高層建筑，坐落于美國紐約市曼哈頓鬧市區(qū)南部、紐約海港旁，由5幢建筑物組成，其主樓呈雙塔形，使用鋼材78萬噸，樓的外圍有密置的鋼柱，墻面由鋁板和玻璃窗組成，素有“世界之窗”之稱?！?1恐怖襲擊中，在大火的作用下主樓僅僅經(jīng)過3O分鐘便轟然倒塌，造成了死亡2797人、損失360億美元的舉世震驚慘案。因此，要想大力推廣鋼結(jié)構(gòu)，首先必須提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火性，只有這樣，才能使這種節(jié)能環(huán)

4、保的建筑結(jié)構(gòu)得到普及并真正發(fā)揮它的優(yōu)勢。1鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能取決于鋼材，鋼材本身不燃燒，也具有較好的耐熱性，但是鋼材不耐高溫，隨著溫度的升高，鋼材的強度是呈下降趨勢的，同時變形增大。在200oC以內(nèi)，鋼材性能沒有很大變化：430oC～540℃之間強度急劇下降；600oC時強度很低不能承擔荷載?；阡摬牡倪@種物理性能，在火災(zāi)發(fā)生時，當溫度達到450℃一650℃時鋼結(jié)構(gòu)就會失去承載能力，發(fā)生很大的形變，導(dǎo)致鋼柱、鋼梁彎曲，結(jié)果

5、因變形過大而不能繼續(xù)工作，甚至垮塌。一旦遇到高溫，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形甚至失效是無法避免的，我們只能盡可能的提高它的耐火極限，使鋼結(jié)構(gòu)不至于在發(fā)生火災(zāi)后立即失效倒塌。根據(jù)實驗室測得的數(shù)據(jù)，常用鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火極限只有15～30min。在國家標準《建筑設(shè)計防火規(guī)范)(GBJ16—87)、《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范(GB50045—95)中規(guī)定一級耐火等級建筑的防火墻、柱和承重墻、樓梯問墻及梁的耐火極限為3zj＼B~和2小時。對比可見未覆蓋耐火

6、保護層的鋼構(gòu)件的耐火極限距離防火規(guī)范的要求相差很大，根本不能滿足火災(zāi)情況下對建筑防火的要求。要克服鋼結(jié)構(gòu)材料在實際應(yīng)用中防火性能方面的不足，必須從多方面人手提高其耐火性能，以達到規(guī)范所規(guī)定的耐火等級要求。2提高鋼結(jié)構(gòu)耐火性能的措施21應(yīng)用建筑耐火、耐候鋼一般的鋼材耐火性差，但是可以通大力推廣鋼結(jié)構(gòu)建(雞西大學(xué))過相關(guān)技術(shù)手段，改變鋼材的材料組份，加入特定的成分，改變鋼材的結(jié)構(gòu)及金相組織，提高鋼材本身的耐火性和耐候性。這就是耐火、耐候鋼。

7、這種鋼材在溫度達600~C時，強度下降不到30％，此外由于它的耐火性表較好，可以在施工時適當減小保護層的厚度，甚至可以不涂防銹漆，這樣可以節(jié)省一定成本。應(yīng)用耐火、耐候鋼是治本良方，應(yīng)該大力推廣，目前，我國已有多家企業(yè)可以生產(chǎn)建筑用耐火、耐候鋼，這為鋼結(jié)構(gòu)建筑提供了良好的用材來源。22采用抗火能力強的結(jié)構(gòu)形式和構(gòu)件純鋼結(jié)構(gòu)的耐火性比較差，但是可以適當結(jié)合混凝土組成混合構(gòu)件，或在一些關(guān)鍵部位直接采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。例如柱子可以采用鋼管混凝土

8、柱，這樣可以很有效提高耐火極限，而且鋼管直徑(或邊長)越大，耐火時間越長，直徑500mm的圓鋼管混凝土柱，當涂敷厚15mm的隔熱型防火涂料時即可滿足3h的耐火時間。而像樓板和樓梯這樣對防火要求較高的構(gòu)件還是應(yīng)該盡可能采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。23采取合理的鋼構(gòu)件防火構(gòu)造處理方案鋼結(jié)構(gòu)防火保護構(gòu)造作法應(yīng)合理、堅固、經(jīng)濟、易于施工，并利于裝修。當有非燃燒體的圍護或分隔構(gòu)件與鋼構(gòu)件處于同一軸線時，可利用非燃墻體本身為鋼構(gòu)件提供防火保護，而不需另做防

9、火保護層。而對那些裸露在外的鋼構(gòu)件，則應(yīng)采用合理的防火保護構(gòu)造作法。24實施有效的的防火保護方法常用的鋼結(jié)構(gòu)防火保護方法有外包混凝土保護、外包鋼絲網(wǎng)水泥砂漿、外包防火板材和噴涂防火涂料等。外包混凝土保護就是用混凝土將鋼構(gòu)件完全包裹起來，在混凝土中還應(yīng)配置構(gòu)造鋼筋防止混凝土脫落。鋼絲網(wǎng)水泥砂漿防火保護是用金屬網(wǎng)抹50#砂漿做保護層，也是一種傳統(tǒng)的施工方法。外包防火板材可以選用纖維增強水泥板(如TK板、FC板)、石膏板、硅酸鈣板、蛭石板等非

10、燃材料的防火板將鋼構(gòu)件包裹起來。噴涂防火涂料于鋼結(jié)構(gòu)表面可以形成耐火隔熱保護層，提高鋼構(gòu)件的耐火極限。對于規(guī)范規(guī)定耐火極I~E4＼于15小時的鋼構(gòu)件可噴涂薄型防火涂料，厚度一般為1mm一3mm，這種防火涂料遇火會膨脹，形成比原涂層厚度大十幾倍到數(shù)十倍的多孔碳質(zhì)層。而對于規(guī)范規(guī)定耐火極限大于15小時的鋼構(gòu)件，應(yīng)選用厚涂型防火涂料，厚度一般在7mm～5Omm，遇火不膨脹，自身具有良好的隔熱性。對于耐火極限要求比較高的高層鋼結(jié)構(gòu)可以噴射無機纖

11、維防火護層材料，無機纖維材料具有低密度、高熱容、低導(dǎo)熱的突出特點，并有很好的附著力，在高溫火場中，厚度沒有明顯的變化，護層不熔化、不脫落，能夠使被保護構(gòu)件達到5小時以上的耐火極限。我國鋼結(jié)構(gòu)建筑絕大多數(shù)都是采用噴涂防火涂料來做防火保護的?，F(xiàn)在全世界都在呼吁節(jié)能減排，鋼結(jié)構(gòu)這種綠色環(huán)保的建筑結(jié)構(gòu)形式在發(fā)達國家已經(jīng)相當普及，在我國更有廣大的發(fā)展空間，尤其是在住宅建筑方面更應(yīng)該得到大力普及，目前，我國的鋼產(chǎn)量已居全世界第一，為鋼結(jié)構(gòu)的推廣吹來

12、了東風，不要讓耐火性阻礙了鋼結(jié)構(gòu)的腳步，我們應(yīng)積極采取各種有效措施，提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火性，加快鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。(上接第248頁)耗量僅次于美國，已位居世界第二位，而由于節(jié)能節(jié)電意識淡薄造成的電能浪費占相當?shù)谋戎?。因此，增強人們的?jié)電意識非常必要。在電力網(wǎng)的組成中，10kV供電線路是連接電力網(wǎng)和電力用戶的橋梁。線路長度在電力網(wǎng)中占6O％以上，其線損率在電力網(wǎng)的總線損中占80％以上。由于電網(wǎng)的線損主要是變壓器損耗和線路損耗，所以配電網(wǎng)的降損節(jié)能

13、，也就是對電網(wǎng)中所有的變壓器和電力線路進行優(yōu)化。由于負荷增長速度快而配電網(wǎng)無功建設(shè)投資滯后。54加裝無功補償裝置、提高質(zhì)量又節(jié)能10kV配電線路存在電壓過低或偏高問題，其原因除了電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理和導(dǎo)線過細外，主要是無功功率不足或過剩。系統(tǒng)的無功功率對電壓影響極大，無功功率不足，將引起電網(wǎng)電壓下降，而無功過剩將引起電網(wǎng)電壓偏高。在電網(wǎng)運行中，因大量非線性負載的投運，它們除要消耗有功功率外，還要消耗一定的無功功率，負荷電流通過線路、變壓器將會

14、產(chǎn)生功率與電能損耗。要維持整個系統(tǒng)的電壓水平，就必需有足夠的無功補償容量，實行無功分區(qū)分壓就地平衡，同時要求有足夠的無功調(diào)節(jié)能力，在允許的電壓偏差范圍內(nèi)，采用調(diào)壓與補償電容器相結(jié)合的措施，實現(xiàn)高峰負荷時較高電壓運行和低谷負荷時較低電壓運行的逆調(diào)壓要求。10kV供電線路損耗大的主要原因是線路的功率因數(shù)低，由于供電線路點多、線長、面廣、負荷季節(jié)性強，加之大馬拉小車等多種因數(shù)，致使功率因數(shù)有的竟低于0l7以下。實踐證明，在受電端加裝電力電容器

15、是提高功率因數(shù)降損節(jié)電的行之有效的方法。加裝電力電容器使無功分散補償就地平衡，把電能損耗降低到最低限度。55目前霍爾果斯電網(wǎng)用電負荷增長較快，電網(wǎng)的電能利用率較低、網(wǎng)損較大、功率因數(shù)較低、電壓低。據(jù)統(tǒng)計到2008年末，霍爾果斯電網(wǎng)的綜合網(wǎng)損率高達12％，35kV線路平均功率因數(shù)達到081，10kV線路平均功率因數(shù)達到O63。全年供電量109億度。該項目建成后，將使霍爾果斯電網(wǎng)的綜合網(wǎng)損率降到9％以下，減少電能損耗400萬度。249筑提高

16、鋼結(jié)構(gòu)耐火性能楊惠予摘要：鋼結(jié)構(gòu)具有自重輕、強度高、抗震性能好，施工時間短、材料可回收再生等諸多優(yōu)點，但由于鋼材本身不能耐高溫的特點，影響了鋼結(jié)構(gòu)建筑的安全性，阻礙了鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。本文對鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能做了簡單介紹，并在設(shè)計以及施工方面提出了提高鋼結(jié)構(gòu)耐火性能的相關(guān)措施。關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)耐火性措施0引言建筑鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點多多，相比較傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)等，它性能穩(wěn)定，質(zhì)量輕強度高，抗震性能好，施TBI可以在廠房進行加工再到現(xiàn)場裝配，不

17、僅裝配的完整度好精密度高，而且能夠大大的加快施工進度縮短工期。同時它還被稱為“綠色建筑”，基礎(chǔ)造價低，材料可回收和再生，節(jié)能、省地、節(jié)水。作為一種綠色環(huán)保建筑，近年來，鋼結(jié)構(gòu)住宅已被建設(shè)部列為重點推廣項目。然而，這么好的建筑結(jié)構(gòu)形式卻有一處致命傷，那就是耐火性能差。由于鋼結(jié)構(gòu)建筑本身具有一定的可燃物，而鋼結(jié)構(gòu)本身又有受熱強度降低極易造成建筑物倒塌等特性，因此鋼結(jié)構(gòu)建筑一旦發(fā)生火災(zāi)往往造成群死群傷等惡性火災(zāi)事故的發(fā)生。最典型的例子就是美國

18、的“911’事件，事件的主角是美國世貿(mào)中心大樓，是典型的鋼結(jié)構(gòu)高層建筑，坐落于美國紐約市曼哈頓鬧市區(qū)南部、紐約海港旁，由5幢建筑物組成，其主樓呈雙塔形，使用鋼材78萬噸，樓的外圍有密置的鋼柱，墻面由鋁板和玻璃窗組成，素有“世界之窗”之稱?！?1恐怖襲擊中，在大火的作用下主樓僅僅經(jīng)過3O分鐘便轟然倒塌，造成了死亡2797人、損失360億美元的舉世震驚慘案。因此，要想大力推廣鋼結(jié)構(gòu)，首先必須提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火性，只有這樣，才能使這種節(jié)能環(huán)保的

19、建筑結(jié)構(gòu)得到普及并真正發(fā)揮它的優(yōu)勢。1鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能取決于鋼材，鋼材本身不燃燒，也具有較好的耐熱性，但是鋼材不耐高溫，隨著溫度的升高，鋼材的強度是呈下降趨勢的，同時變形增大。在200oC以內(nèi)，鋼材性能沒有很大變化：430oC～540℃之間強度急劇下降；600oC時強度很低不能承擔荷載?；阡摬牡倪@種物理性能，在火災(zāi)發(fā)生時，當溫度達到450℃一650℃時鋼結(jié)構(gòu)就會失去承載能力，發(fā)生很大的形變，導(dǎo)致鋼柱、鋼梁彎曲，結(jié)果因變

20、形過大而不能繼續(xù)工作，甚至垮塌。一旦遇到高溫，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變形甚至失效是無法避免的，我們只能盡可能的提高它的耐火極限，使鋼結(jié)構(gòu)不至于在發(fā)生火災(zāi)后立即失效倒塌。根據(jù)實驗室測得的數(shù)據(jù)，常用鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火極限只有15～30min。在國家標準《建筑設(shè)計防火規(guī)范)(GBJ16—87)、《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范(GB50045—95)中規(guī)定一級耐火等級建筑的防火墻、柱和承重墻、樓梯問墻及梁的耐火極限為3zj＼B~和2小時。對比可見未覆蓋耐火保護

21、層的鋼構(gòu)件的耐火極限距離防火規(guī)范的要求相差很大，根本不能滿足火災(zāi)情況下對建筑防火的要求。要克服鋼結(jié)構(gòu)材料在實際應(yīng)用中防火性能方面的不足，必須從多方面人手提高其耐火性能，以達到規(guī)范所規(guī)定的耐火等級要求。2提高鋼結(jié)構(gòu)耐火性能的措施21應(yīng)用建筑耐火、耐候鋼一般的鋼材耐火性差，但是可以通大力推廣鋼結(jié)構(gòu)建(雞西大學(xué))過相關(guān)技術(shù)手段，改變鋼材的材料組份，加入特定的成分，改變鋼材的結(jié)構(gòu)及金相組織，提高鋼材本身的耐火性和耐候性。這就是耐火、耐候鋼。這種

22、鋼材在溫度達600~C時，強度下降不到30％，此外由于它的耐火性表較好，可以在施工時適當減小保護層的厚度，甚至可以不涂防銹漆，這樣可以節(jié)省一定成本。應(yīng)用耐火、耐候鋼是治本良方，應(yīng)該大力推廣，目前，我國已有多家企業(yè)可以生產(chǎn)建筑用耐火、耐候鋼，這為鋼結(jié)構(gòu)建筑提供了良好的用材來源。22采用抗火能力強的結(jié)構(gòu)形式和構(gòu)件純鋼結(jié)構(gòu)的耐火性比較差，但是可以適當結(jié)合混凝土組成混合構(gòu)件，或在一些關(guān)鍵部位直接采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。例如柱子可以采用鋼管混凝土柱，

23、這樣可以很有效提高耐火極限，而且鋼管直徑(或邊長)越大，耐火時間越長，直徑500mm的圓鋼管混凝土柱，當涂敷厚15mm的隔熱型防火涂料時即可滿足3h的耐火時間。而像樓板和樓梯這樣對防火要求較高的構(gòu)件還是應(yīng)該盡可能采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。23采取合理的鋼構(gòu)件防火構(gòu)造處理方案鋼結(jié)構(gòu)防火保護構(gòu)造作法應(yīng)合理、堅固、經(jīng)濟、易于施工，并利于裝修。當有非燃燒體的圍護或分隔構(gòu)件與鋼構(gòu)件處于同一軸線時，可利用非燃墻體本身為鋼構(gòu)件提供防火保護，而不需另做防火保

24、護層。而對那些裸露在外的鋼構(gòu)件，則應(yīng)采用合理的防火保護構(gòu)造作法。24實施有效的的防火保護方法常用的鋼結(jié)構(gòu)防火保護方法有外包混凝土保護、外包鋼絲網(wǎng)水泥砂漿、外包防火板材和噴涂防火涂料等。外包混凝土保護就是用混凝土將鋼構(gòu)件完全包裹起來，在混凝土中還應(yīng)配置構(gòu)造鋼筋防止混凝土脫落。鋼絲網(wǎng)水泥砂漿防火保護是用金屬網(wǎng)抹50#砂漿做保護層，也是一種傳統(tǒng)的施工方法。外包防火板材可以選用纖維增強水泥板(如TK板、FC板)、石膏板、硅酸鈣板、蛭石板等非燃材

25、料的防火板將鋼構(gòu)件包裹起來。噴涂防火涂料于鋼結(jié)構(gòu)表面可以形成耐火隔熱保護層，提高鋼構(gòu)件的耐火極限。對于規(guī)范規(guī)定耐火極I~E4＼于15小時的鋼構(gòu)件可噴涂薄型防火涂料，厚度一般為1mm一3mm，這種防火涂料遇火會膨脹，形成比原涂層厚度大十幾倍到數(shù)十倍的多孔碳質(zhì)層。而對于規(guī)范規(guī)定耐火極限大于15小時的鋼構(gòu)件，應(yīng)選用厚涂型防火涂料，厚度一般在7mm～5Omm，遇火不膨脹，自身具有良好的隔熱性。對于耐火極限要求比較高的高層鋼結(jié)構(gòu)可以噴射無機纖維防

26、火護層材料，無機纖維材料具有低密度、高熱容、低導(dǎo)熱的突出特點，并有很好的附著力，在高溫火場中，厚度沒有明顯的變化，護層不熔化、不脫落，能夠使被保護構(gòu)件達到5小時以上的耐火極限。我國鋼結(jié)構(gòu)建筑絕大多數(shù)都是采用噴涂防火涂料來做防火保護的?，F(xiàn)在全世界都在呼吁節(jié)能減排，鋼結(jié)構(gòu)這種綠色環(huán)保的建筑結(jié)構(gòu)形式在發(fā)達國家已經(jīng)相當普及，在我國更有廣大的發(fā)展空間，尤其是在住宅建筑方面更應(yīng)該得到大力普及，目前，我國的鋼產(chǎn)量已居全世界第一，為鋼結(jié)構(gòu)的推廣吹來了東

27、風，不要讓耐火性阻礙了鋼結(jié)構(gòu)的腳步，我們應(yīng)積極采取各種有效措施，提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火性，加快鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展。(上接第248頁)耗量僅次于美國，已位居世界第二位，而由于節(jié)能節(jié)電意識淡薄造成的電能浪費占相當?shù)谋戎亍Ｒ虼?，增強人們的?jié)電意識非常必要。在電力網(wǎng)的組成中，10kV供電線路是連接電力網(wǎng)和電力用戶的橋梁。線路長度在電力網(wǎng)中占6O％以上，其線損率在電力網(wǎng)的總線損中占80％以上。由于電網(wǎng)的線損主要是變壓器損耗和線路損耗，所以配電網(wǎng)的降損節(jié)能，也

28、就是對電網(wǎng)中所有的變壓器和電力線路進行優(yōu)化。由于負荷增長速度快而配電網(wǎng)無功建設(shè)投資滯后。54加裝無功補償裝置、提高質(zhì)量又節(jié)能10kV配電線路存在電壓過低或偏高問題，其原因除了電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理和導(dǎo)線過細外，主要是無功功率不足或過剩。系統(tǒng)的無功功率對電壓影響極大，無功功率不足，將引起電網(wǎng)電壓下降，而無功過剩將引起電網(wǎng)電壓偏高。在電網(wǎng)運行中，因大量非線性負載的投運，它們除要消耗有功功率外，還要消耗一定的無功功率，負荷電流通過線路、變壓器將會產(chǎn)生

29、功率與電能損耗。要維持整個系統(tǒng)的電壓水平，就必需有足夠的無功補償容量，實行無功分區(qū)分壓就地平衡，同時要求有足夠的無功調(diào)節(jié)能力，在允許的電壓偏差范圍內(nèi)，采用調(diào)壓與補償電容器相結(jié)合的措施，實現(xiàn)高峰負荷時較高電壓運行和低谷負荷時較低電壓運行的逆調(diào)壓要求。10kV供電線路損耗大的主要原因是線路的功率因數(shù)低，由于供電線路點多、線長、面廣、負荷季節(jié)性強，加之大馬拉小車等多種因數(shù)，致使功率因數(shù)有的竟低于0l7以下。實踐證明，在受電端加裝電力電容器是提