關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的分析

卞永國 劉偉(海工英派爾工程有限公司， 山東 青島 266101)

關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)的分析

卞永國 劉偉(海工英派爾工程有限公司， 山東 青島 266101)

鋼結(jié)構(gòu)在建筑行業(yè)中被廣泛的應(yīng)用，盡管鋼材結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，但是其抗火性較差，所以當(dāng)建筑內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)，其強(qiáng)度會(huì)隨著溫度的上升而不斷降低，因此，鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)是目前急需解決的問題。本文針對鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析，僅供參考。

鋼結(jié)構(gòu)；抗火；設(shè)計(jì)方法

建筑防火能力始終都是建筑設(shè)計(jì)最關(guān)注的話題，在現(xiàn)代建筑中鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)較多，盡管其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度良好，然而抗火性能卻很差。鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)高溫中會(huì)失去固有強(qiáng)度，導(dǎo)致建筑坍塌，造成人員傷亡以及財(cái)產(chǎn)的損失。

1 鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用現(xiàn)狀

(1)建筑結(jié)構(gòu) 由于鋼結(jié)構(gòu)自身材質(zhì)強(qiáng)度高，在建筑業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，在承載重力方面具有很好的保證，另外其自身重量較輕，且擴(kuò)展性強(qiáng)，不會(huì)占用過多的空間，便于實(shí)現(xiàn)建筑的多層結(jié)構(gòu)，所以深受建筑行業(yè)的青睞。

(2)道路橋梁結(jié)構(gòu) 為了能夠更好的固定路基，大多采用鋼結(jié)構(gòu)來對路基的兩側(cè)進(jìn)行有效的固定，保持路基形態(tài)不會(huì)因?yàn)橥饨绲钠茐亩a(chǎn)生大面積的破壞[1]。橋梁也是運(yùn)用了鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度和擴(kuò)展性強(qiáng)的特性，可根據(jù)橋梁的實(shí)際長度、寬度進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)，將鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的拼裝和焊接后實(shí)現(xiàn)一定跨度的橋梁。

2 影響鋼結(jié)構(gòu)的主要因素分析

鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度會(huì)隨著溫度的上升而下降，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)就不再具有強(qiáng)度。即溫度達(dá)到250℃時(shí)，鋼材強(qiáng)度就會(huì)開始下降，達(dá)到600℃時(shí)，已經(jīng)是鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度最低點(diǎn)，若超過當(dāng)前溫度，鋼結(jié)構(gòu)就會(huì)失去本身固有強(qiáng)度，也就是抗火性能的喪失。另外鋼結(jié)構(gòu)還具有熱脹冷縮的特性，一旦產(chǎn)生高溫，就會(huì)產(chǎn)生變形，這種變形會(huì)隨著溫度持續(xù)的時(shí)間而增加變形的程度。

3 鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)方法

(1)基于實(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)方法 基于實(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)方法相對較為傳統(tǒng)，即通過實(shí)驗(yàn)來選擇不同的防火措施。該實(shí)驗(yàn)主要通過針對實(shí)際的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在進(jìn)行特定的承載力度以及溫度下進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，了解其在特定的承載力度以及不同溫度下的結(jié)構(gòu)變化，并根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的不同狀態(tài)采取相應(yīng)的措施。通過這種方式能夠直觀的了解到鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件在不同的力度下結(jié)構(gòu)變化的程度不大，與之相反的，則是在不同的溫度下，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的變化卻頗為明顯。

(2)基于計(jì)算的抗火設(shè)計(jì) 基于結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)存在著不穩(wěn)定的特點(diǎn)，這種實(shí)驗(yàn)并不具有代表性意義。目前應(yīng)用較多的為基于計(jì)算的抗火設(shè)計(jì)，這種抗火設(shè)計(jì)方法利用結(jié)構(gòu)分析以及熱傳導(dǎo)的相關(guān)理論來對構(gòu)件的負(fù)載以及抗火度進(jìn)行計(jì)算，能夠?qū)崿F(xiàn)抗火設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)化，也能夠?yàn)闃?gòu)件承載力度的分配以及抗火設(shè)計(jì)提供有效的數(shù)據(jù)[2]。

①防火措施以及覆蓋度。首先要確定防火的相關(guān)措施以及當(dāng)前措施的覆蓋程度，努力做到防火措施能夠?qū)?gòu)件進(jìn)行全方位的覆蓋。②內(nèi)部溫度計(jì)算。在進(jìn)行了防火措施后，接下來是進(jìn)行內(nèi)部溫度的計(jì)算。通過設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)升溫的微分方程，再進(jìn)行鋼構(gòu)件對外界傳入熱量的吸收值進(jìn)行計(jì)算，最后再對微分方程進(jìn)行求解，能夠得出鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在不同時(shí)間下的溫度變化。③鋼結(jié)構(gòu)的性能參數(shù)。通過對溫度和承載力度的計(jì)算能夠得出鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在被兩者同時(shí)作用下所存在的內(nèi)力，從而能夠得出鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的最大強(qiáng)度以及抗火性能極限。④對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行高溫承載計(jì)算。通過計(jì)算可以得出鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在高溫的情況下的承載力度是否還會(huì)與普通溫度下的承載力度相同，最終計(jì)算結(jié)果也就是基于計(jì)算的抗火設(shè)計(jì)方法的最終結(jié)果。

4 鋼結(jié)構(gòu)建筑防火保護(hù)措施

(1)主動(dòng)式防火 首先要注重耐火性能，鋼結(jié)構(gòu)大多在建筑內(nèi)部應(yīng)用，所以對于建筑的耐火性能要有效提高，保證建筑具有較高的耐火性。其次要根據(jù)建筑的實(shí)際情況注重防火區(qū)域的劃分。良好的防火區(qū)域的劃分有助于實(shí)現(xiàn)防火通道、滅火器、報(bào)警器等防火器材的有效分配，便于發(fā)生火災(zāi)時(shí)能夠及時(shí)滅火施救。在建筑內(nèi)部要設(shè)置良好的排煙系統(tǒng)，減少因?yàn)闈鉄熢斐傻闹舷⑺劳?。最后是火?zāi)檢測系統(tǒng)的有效應(yīng)用，能夠及時(shí)的感知建筑內(nèi)所產(chǎn)生的溫度、煙霧以及火焰，并作出有效的預(yù)警，防患于未然。

(2)被動(dòng)式防火 ①隔離法。隔離法也就是將鋼結(jié)構(gòu)通過一些方式設(shè)置相應(yīng)的隔離層，使得溫度和火焰都無法對鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。目前我國建筑行業(yè)中應(yīng)用較多，首先是在鋼結(jié)構(gòu)與實(shí)際建筑間設(shè)置加密層，將鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔離，優(yōu)點(diǎn)是隔離效果好，安全性高，但是目前這種隔離層的成本較高還沒有得到廣泛應(yīng)用[3]。其次是采用噴涂的方式在鋼結(jié)構(gòu)表面噴涂上防火材料，以起到防火的作用。目前還沒有相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范，缺陷較多。最后是對鋼結(jié)構(gòu)外包裹硬硅鈣板，這種方式成本低、施工方便，防火效果好，高溫隔離時(shí)間長達(dá)40小時(shí)以上，且能承受1000℃以上的高溫。②疏導(dǎo)法。疏導(dǎo)法就是根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)建立疏導(dǎo)管道，通過疏導(dǎo)管道在鋼結(jié)構(gòu)的外表層形成水網(wǎng)，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的熱量會(huì)傳遞到水網(wǎng)，從而分散熱量，水網(wǎng)產(chǎn)生的熱量會(huì)在疏導(dǎo)管道的排氣口進(jìn)行及時(shí)排出，能夠有效的實(shí)現(xiàn)對鋼結(jié)構(gòu)的保護(hù)。

5 結(jié)語

提高鋼結(jié)構(gòu)的抗火性能是當(dāng)務(wù)之急。在實(shí)際的鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)中，要根據(jù)建筑的實(shí)際結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來進(jìn)行設(shè)計(jì)，采取合理的設(shè)計(jì)理念、優(yōu)質(zhì)的材料進(jìn)行有效的搭配，從根本上提升鋼結(jié)構(gòu)的抗火能力，為人們的生命財(cái)產(chǎn)安全提供重要保障。

[1]羅永峰,任楚超,強(qiáng)旭紅.高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)抗火研究進(jìn)展[N].天津大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)與工程技術(shù)版),2016,S1：104-121.

[2]秦彬濤.鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2012,18：174.

[3]盧文清,李振華.由典型火災(zāi)論鋼結(jié)構(gòu)建筑防火與抗火設(shè)計(jì)[J].山西建筑,2015,23：19-20.