1、结构防火保护新技术研究【摘要】随着经济和科技的发展，钢结构应用于各行各业中，使用最多的是建筑行业，建筑发生火灾对结构的性能有严重影响。文章对结构防火保护新技术进行分析，具有一定的借鉴意义。 【关键词】结构；防火保护；新技术；研究 中图分类号：TU318 文献标识码：A 前言 文章对结构建筑的优点进行了介绍，同时阐述了火灾对结构的影响及结构的防火基本要求，通过分析，并结合自身实践经验和相关理论知识，对结构防火保护新技术进行了探讨。 二、结构建筑的优点 结构建筑是继钢筋混凝土建筑之后的最具革命性的建筑新发展和新应用。它具有以下优点： 1.钢材的抗拉、抗压、抗剪强度相对来说比较高，结构构件结构断面小
2、、自重小，可以减少运输和吊装费用，基础的负载也相应减少。 2.结构具有良好的延性和抗震性能，尤其是在高烈度地震区，使用结构就更为有利。 3.结构占有面积较小，实际上是增加了使用面积。这实际上是增加建筑物的使用价值，增加经济效益。 4.施工速度快，采用结构可为施工提供较大的空间和较为宽敞的施工作业面。可以实现钢柱的吊装、钢框架的安装、钢筋混凝土核心筒的浇筑、组合楼盖等的平行立体交叉作业。 5.结构的质量容易保证，结构构件一般都在工厂里制造、加工，精度高。在工地只是安装就位，用工省，现场施工比较文明。 6.结构建筑在使用过程中易于改造，如加固、接高、扩大楼面等内部分割，变动比较容易、灵活。 7.结
3、构可以做成大跨度、大空间形成较宽敞的无柱空间，敞式的大平面办公室，工业厂房和仓库等是最常见的空间形式。 三、火灾对结构的影响 高温下钢材的性能主要有两个方面：即物理性能和力学性能。温度的改变，对钢材的性能指标影响很大，因此，其指标的选取，对结构火灾后的性能分析起关键作用。 1.火灾对钢材物理性能的影响 热物理性能主要有热膨胀系数、比热容、导热系数和密度等： 热膨胀系数：钢材的热膨胀系数随温度的改变而发生小幅变化。据大量的实验研究，钢材在 O700时，钢材的热膨胀系数与温度成正比，当温度到达 800时，钢材反而会出现缩短现象，当温度超过 900时，构件又开始伸长，热膨胀系数变大。 比热容：钢材的
4、比热容随温度的升高而增大，在 20600时，钢材的比热容基本恒定在 600J/(Kg)左右，当温度上升至 700时，由于钢材的金相结构发生了变换，其比热容瞬间冲至峰值 5000J/(Kg)，温度上升至 1000时，其比热容将为恒定的 65OJ/(Kg)。 导热系数：钢材的导热系数随温度的升高而降低，升高至 800时，导热系数趋于常数； 密度：钢材的密度随温度的升高而降低，但幅度不大，一般为7850kg/m3。 2.火灾对钢材力学性能的影响 力学性能主要有泊松比、屈服强度、弹性模量、应力应变本构关系及蠕变等。泊松比是指钢材在单向受拉或受压时，横向正应变与纵向正应变之比的绝对值，也称横向变形系数。
5、温度对钢材的泊松比影响较小，常取 0.3。钢材的力学性能随温度的升高而发生急剧变化。其造成原因错综复杂，一般通过试验才能得到较为可靠的数据。目前，国内外各标准在试验的基础上，规定了各自的高温材性模型，如 CEN 模型、ECCS模型、BSI 模型等。 3.火灾后结构的失效 结构发生火灾后，在起火房间内部的梁、柱在高温作用下首先发生破坏，随着温度的升高，钢构件的承载力大幅下降，导致结构的内部发生了内力重分布，当其承载力下降至难以承受荷载或降至各种荷载产生的组合效应时，则其结构己达到极限状态，最终使其失效。 四、结构防火的基本要求 要确保结构的建筑安全,就要对结构的建筑采取有效防火的措施,进而就可以
6、提高结构的建筑耐火极限,使用性能可靠和经济合理的结构建筑,结构建筑另一个重要的防火防护途径就是涂料。 1.环保效果好 要求结构的建筑防火材料在使用和施工,以及火灾发生时候,都不能产生出有害的气体,不能产生出危害人体的健康的有害气体。目前,室内空气污染已经成为了危害公众健康主要因素之一。加之,防火涂料在遇火保护钢材的基材同时,其中的阻燃成份就会释放出一些有毒的气体。当这些有毒、有害的气体浓度超过人体对大忍受极限,会给没有来得及逃离火灾现场之人造成伤害。 2.绝热性能好 结构的建筑钢梁和钢柱,其防火一般按一级防火的要求,钢柱的耐火极限是 3 小时,钢梁的耐火极限是 2 小时,二级的防火要求,钢柱的
7、耐火极限是 2.5 小时,钢梁的耐火极限是 1.5 小时。如果结构的表面长期受到辐射热高达 150以上,或在短期内受到火焰的作用时,应该采取有效的防护措施,用来保证结构在使用的期内安全且可靠。 五、结构防火保护新技术 1.自动灭火系统 在建筑物内设置自动灭火设施，能有效地抑制火灾的蔓延扩大或扑灭初期火；可以降低室内温度，使建筑结构得到保护，并为人员疏散创造良好的条件与环境；自动喷水灭火系统是当今世界上公认的有效自救灭火设施，适用于扑救大部分工业与民用建筑物内的初火期；自动喷水灭火系统的动作温度从 57-343不等，依据设置场所的环境条件而定。对于常见的工业与民用建筑，常采用 68。 2.结构水
8、喷淋法防火 水喷淋法是在结构的上部设置水喷淋管网和喷头。当发生火灾时，水喷头受热后自动打开并向构件喷水，使其表面形成连续的流动水膜，可带走大量的热量,使得结构构件的温度不至于过高，由此提高结构的耐火极限。 3.混凝土防火保护 承重结构采取混凝土防火措施，以延长其耐火极限。 （1）用普通水泥混凝土将结构包裹起来，即我们通常意义上说的钢管(筋)混凝土结构。混凝土可参与工作(如劲性混凝土结构)，也可以只起保护作用。厚 50mm 时，耐火极限可达 3h 左右。 （2）用金属网外包砂浆防护，这其中的金属网起到骨架增强的作用。此外，还可用陶粒混凝土或加气混凝土防护，可预制成砌块或现浇，防火效果亦十分理想。
9、 4.耐火钢 耐火钢也不同于普通得耐热钢，耐热钢对钢的高温性能，如高温持久强度、蠕变强度、疲劳性能等有严格的要求。目前，耐火钢在日本已获得了广泛使用，现在国外已开发出了 390490MPa 的耐火钢、耐候耐火钢系列，其主要特点是:600的高温下，其高温屈服强度为常温标准值的三分之二以上，常温下的各种性能与普通焊接结构钢相同，焊接性与普通钢相同。我国耐火钢的应用尚落后，为适应我国现代建筑事业发展的需要，马钢、宝钢等单位都开始开展耐火钢的研究，马钢研制的耐火钢耐火极限可达到 27.6min。应用耐火钢后可缩短建造周期，减轻建筑物重量。 5.结构防火涂料 对结构的防火保护有多种形式和措施，其中使用防
10、火涂料是一种比较理想的方法。结构防火涂料刷涂或喷涂在结构表面，起防火隔热作用，防止钢材在火灾中迅速升温而降低强度，避免结构失去支撑能力而导致建筑特垮塌。早在 70 年代，国外对结构防火涂料的研究和应用就展开了积极的工作并取得了较好的成就，至今仍是方兴未艾。80 年代初国外结构防火涂料就进人中国市场，在工程上应用。从 80 年代初，我们国家也开始研制结构防火涂料，到现在已有较多优良品种广泛应用于各行各业。六、结束语 目前我国的结构抗火技术还不是很成熟，跟一些发达国家的技术还有一定的差距，随着科技的进步，结构在各行各业的应用将更多，因此，加强结构防火保护新技术的研究是非常有必要的。 参考文献1李国强等.结构及钢-混凝土组合结构抗火设计M.中国建筑工业出版社,20062吕俊利.无防火保护钢柱抗火性能的研究J.工程力学,2011(S1)3李建朝.浅论钢架结构的防火措施J.魅力中国,2012(36)
