钢结构耐火设计方法综述
- 格式:doc
- 大小:32.00 KB
- 文档页数:7
钢结构主要防火保护措施综述钢结构是一种广泛应用于建筑和其他工程项目中的重要材料,它具有高强度、耐久性和可塑性等优点。
钢结构在高温环境下容易受到火灾的影响,失去其强度和稳定性。
为了保障建筑物和工程项目的安全,采取适当的防火保护措施对钢结构尤为重要。
目前,钢结构的防火保护可以通过以下几种方法来实施:1. 防火涂料:防火涂料是一种直接应用在钢结构表面的阻燃材料,它可以有效地延缓钢材在火灾中的燃烧速度。
防火涂料可以分为厚涂和薄涂两种类型,厚涂防火涂料可以提供较长时间的防火保护,但需要较长的干燥时间和较大的施工空间;而薄涂防火涂料施工简单方便,但防火时间相对较短。
2. 防火隔热材料:防火隔热材料包括钢结构周围的隔热材料和填充的防火隔热板。
隔热材料可以起到减缓火灾蔓延的作用,同时减少钢结构受热的速度。
常见的防火隔热材料包括矿棉、硅酸盐和硅酸铝等。
3. 防火板:防火板是一种常用的防火保护材料,可以覆盖在钢结构上以防止火灾引起的热量传导。
防火板具有耐高温、抗冲击和抗腐蚀等特点,常用于钢结构柱、梁和墙体等部位的防火保护。
4. 防火涂层:防火涂层是一种将具有防火性能的材料喷涂在钢结构表面形成保护层的方法。
防火涂层主要由无机材料和有机材料组成,可以延缓钢结构在火灾中的燃烧速度,保护其结构完整性。
5. 防火隔离区域:将钢结构与潜在火源或易燃物隔离开来,减少火灾对钢结构的影响。
通过设计合理的间隔距离和设置防火墙等措施,可以降低钢结构的火灾风险。
6. 自动灭火系统:在钢结构周围设置自动灭火系统,可以在火灾发生时及时扑灭火焰,减少对钢结构的破坏。
常见的自动灭火系统包括喷水系统、泡沫灭火系统和气体灭火系统等。
需要注意的是,不同的建筑和工程项目对钢结构的防火要求不同,因此在设计和选择防火措施时需要综合考虑各种因素,以确保对钢结构的防火保护达到预期效果。
钢结构的防火保护是确保建筑和工程项目安全的重要措施。
通过采取适当的防火保护措施,可以有效延缓钢结构在火灾中的燃烧速度,保护其结构完整性,减少火灾对建筑物和工程项目的损害。
钢结构防火设计总结及算例1. 引言钢结构在现代建筑中得到了广泛的应用,其具有高强度、轻质、耐久等优点。
然而,钢材在高温下容易失去强度,因此在钢结构防火设计中必须考虑防火措施,以确保结构的安全性和可靠性。
本文将总结钢结构防火设计的重要观点、关键发现,并通过一个算例进一步展开思考。
2. 钢结构防火设计的重要观点钢结构防火设计的核心目标是保护钢材在火灾中的强度,防止结构失效。
以下是钢结构防火设计的重要观点:2.1 火灾场景分析在进行钢结构防火设计时,需要对火灾场景进行分析,包括火势大小、火源位置、燃烧时间等因素。
根据火灾场景的不同,可以选择不同的防火措施,例如防火涂料、防火板等。
2.2 防火涂料的选择防火涂料是常用的钢结构防火措施之一。
在选择防火涂料时,需要考虑涂料的防火等级、附着力、耐久性等因素。
应根据具体情况选择合适的防火涂料,在保证结构安全的前提下尽量减少防火涂料的使用量。
2.3 防火板的应用防火板是另一种常用的钢结构防火措施。
防火板具有良好的耐火性能和隔热性能,能够有效地防止钢结构在火灾中失去强度。
在选择防火板时,需要考虑其厚度、密度、耐久性等因素。
2.4 结构构造的优化设计钢结构防火设计还需要考虑结构构造的优化设计。
通过合理的结构构造设计,可以降低火灾对结构的影响,提高结构的抗火性能。
例如采用复杂形状的构件、增加构件的保护层厚度等。
2.5 现场施工管理钢结构防火设计不仅涉及到设计阶段,还需要在施工阶段进行现场管理。
施工过程中需要确保防火涂料、防火板的施工质量,以及结构构造的正确实施。
3. 钢结构防火设计的关键发现在钢结构防火设计的实践中,我们还发现了一些关键问题和解决方案:3.1 防火涂料的施工质量防火涂料的施工质量直接影响到钢结构的防火效果。
在施工过程中,需要注意涂料的均匀性、附着力等指标。
可以通过加强施工管理、提高施工工艺等方式提高防火涂料的施工质量。
3.2 防火板的连接方式防火板在钢结构上的连接方式也是一个关键问题。
建筑钢结构耐火设计方法
要:钢结构本身没有可燃性,强度很高,抗震性能很好,同时能够有效防止结构变形,但是它也存在着一定的不足,这种结构的耐火性能相对较差的,其自身的承载能力会随着温度的身高而不断下降,所以在钢结构建筑设计中一定要重视耐火设计,只有这样才能进一步保证建筑的安全性和可靠性。
本文主要论述了钢结构建筑耐火设计要点,希望能够给建筑设计人员提供一定的经验和借鉴。
关键词:钢结构;火灾危险性;耐火等级;耐火保护
1 引言
钢结构建筑具有很多优势,不仅能够减轻自然灾害给建筑带来的损伤,同时也能更好地确保建筑的强度,钢筋结构建筑在观感上也会给人非常好的印象,还能够更好地弥补钢筋混凝土结构在弯曲和拉伸能力上的一些不足,近几年来我国的工业水平有了很好的发展,所以在建筑结构的设计和建设中也得到了非常广泛的应用,但是钢材料最大的一个不足就是耐火性相对较差。
以下就对钢结构的耐火设计要点进行详细的分析和阐述。
2 耐火设计要点
2.1 要依据建筑物的火灾危险性和重要性确定建的耐火级别
不同的建筑物在使用功能和重要性上都有着非常明显的差别,所以火灾的危险性也存在着非常明显的差异,在进行设计时首先要根据相关的规定和要求结合业主的需要来对建筑物火灾的危险性进行科学的划定,举例来说对于一个高度为60m的综合大楼来说,依照相关的规定。
钢结构主要防火保护措施综述钢结构在建筑中得到广泛应用,其优点包括强度高、稳定性好、施工周期短等。
钢结构在火灾中的抗火能力较差,容易发生失稳和倒塌。
为了提高钢结构的抗火能力,必须采取适当的防火保护措施。
1. 耐火涂料和防火涂料耐火涂料和防火涂料是常用的钢结构防火保护材料。
它们可以使钢材表面形成一层耐高温的保护膜,减缓钢材的升温速度,延缓钢材的软化和失稳。
耐火涂料和防火涂料的耐火时间根据使用要求可达到1小时、2小时甚至更长。
使用时应按照相关标准进行施工,并定期检查和维护。
2. 防火隔离带和防火板防火隔离带和防火板可用于钢结构的被动防火保护。
防火隔离带可用于分隔不同功能区域,以防止火势蔓延。
防火板可用于钢梁、钢柱和钢板的封装,起到阻止火焰和热量传递的作用。
这些被动防火保护措施对于减轻火灾对钢结构的破坏具有重要意义。
3. 消防喷淋系统消防喷淋系统是钢结构防火保护的重要组成部分。
在火灾发生时,喷淋系统可以快速将水雾喷洒到钢结构表面,降低其温度,抑制火灾蔓延。
喷淋系统应按照相关标准设计和安装,并进行定期的维护和检测,以确保其正常运行。
4. 防火涵洞和防火门窗钢结构建筑在不同楼层之间或不同功能区域之间需设置防火涵洞。
防火涵洞通过使用防火隔断和防火堵料,可以在一定时间内有效隔离烟气和火焰的传播。
防火门窗是钢结构防火保护的重要组成部分,其承受火灾时的高温和压力,起到阻止火势蔓延的作用。
5. 防火隔墙和防火层板钢结构建筑中的防火隔墙和防火层板可以起到隔离烟气和火焰的作用。
防火隔墙通常采用具有良好防火性能的材料进行搭建,如砖墙、混凝土墙等。
防火层板是一种具有良好耐火性能的装饰材料,可以在一定时间内阻止火势传递。
6. 火灾警报系统和自动喷水灭火系统火灾警报系统和自动喷水灭火系统是钢结构防火保护的关键设施。
火灾警报系统能够及时发现并报警,使人员及时疏散。
自动喷水灭火系统能够自动探测火灾并启动喷淋装置,迅速进行灭火。
这些系统应与其他防火设施相结合,形成完整的防火保护系统。
浅谈高层建筑钢结构的抗火设计方法及防火措施摘要:本文简述了高层建筑钢结构具有的特点及抗火设计的重要性,论述了高层建筑钢结构抗火设计的基本方法和防火措施以及其优缺点,为高层建筑钢结构的抗火设计提供了参考。
关键词:高层建筑钢结构;抗火设计;防火措施1引言近年来,随着城市化进程的不断推进,城市可利用的空间也越来越小,从而推动了城市高层以及超高层建筑的高速发展,而钢结构在高层建筑以及超高层建筑中也得以大量采用,在建筑工程中发挥着越来越重要的作用。
钢材虽然是非燃烧材料,耐热但不耐高温,不耐火,这也是其致命的弱点。
随着温度的升高,钢材的强度和刚度下降,当温度超过300℃时,钢材的屈服强度和弹性模量开始明显降低;当温度达到400℃时,其屈服强度将下降到常温下的一半左右,弹性模量将下降到常温下的60%左右;当温度超过500℃时,钢材会发生明显的塑性变形,超过500℃时钢材的承载力将急剧降低;当温度达到600℃时,钢材基本丧失全部强度和刚度。
因此,当建筑采用无防火保护措施的钢结构时,一旦发生火灾,结构很容易遭到破坏[1]。
对高层建筑钢结构进行抗火设计具有如下意义:1)减轻结构在火灾中的破坏,避免结构在火灾中局部倒塌造成灭火及人员疏散困难;2)避免结构在火灾中整体倒塌造成人员伤亡;3)减少火灾后结构的修复费用,缩短灾后结构功能恢复周期,减少间接经济损失[2]。
2高层建筑钢结构抗火设计的基本方法结构抗火设计的目的是钢结构构件在无防火措施时及防火措施被破坏或失效时,作为纯钢材构件,在火灾下,在结构设计必须使结构能在规定的时间内,结构构件不至于达到承载力或变形的极限状态。
现代高层建筑钢结构的抗火设计主要有四种方法[3]:2.1基于试验的构件抗火设计方法基于试验的构件抗火设计方法简单直观、便于应用。
我国现行的规范关于钢梁钢柱的防火措施就是基于这种方法。
但是该试验方法存在很多缺陷。
首先,耐火时间、耐火等级不易确定。
其次,试验不能准确模拟构件在结构中的实际受力情况和端部约束,而受力的大小和端部约束对构件耐火时间的影响很大。
门式刚架钢结构防火设计方法一、门式刚架钢结构防火设计方法概述门式刚架钢结构在建筑中应用很广泛呢,那防火设计可太重要啦。
要是不做好防火设计,一旦发生火灾,那可就危险啦。
二、防火设计需要考虑的因素1. 建筑的用途这对防火设计影响很大哦。
比如说要是仓库,里面可能存放很多易燃物品,那防火要求肯定更高啦。
要是普通的厂房,里面机器设备比较多,防火设计又会有不同的侧重点。
2. 结构的特点门式刚架钢结构本身的结构特点要考虑进去。
像它的梁柱连接方式,还有钢材的类型等。
不同的钢材耐火性能不一样呢,这就需要根据实际情况来设计防火措施。
三、具体的防火设计方法1. 防火涂料的使用这是很常见的方法哦。
防火涂料可以直接涂在钢结构表面,就像给钢结构穿上一层防火的衣服。
要选择合适的防火涂料,得看它的耐火极限等指标符不符合要求。
而且涂的时候要保证涂得均匀,厚度也要达到标准才行。
2. 防火板的安装防火板也是个不错的选择呢。
把防火板安装在钢结构周围,能够起到很好的防火作用。
安装的时候要注意密封性,不能留太多缝隙,不然火灾的时候热量还是会钻进去的。
3. 采用防火分隔在建筑内部进行合理的防火分隔。
比如说用防火墙或者防火卷帘把不同的区域分隔开。
这样一旦某个区域着火了,可以防止火势蔓延到其他区域,保护门式刚架钢结构。
4. 考虑疏散通道疏散通道的设计也和门式刚架钢结构防火设计有关哦。
要保证在火灾发生的时候,人员能够快速、安全地疏散出去。
疏散通道周围的钢结构也要做好防火保护,不能让通道被大火封住。
5. 自然通风与排烟设计良好的自然通风和排烟设计可以降低火灾现场的温度和烟雾浓度。
在门式刚架钢结构建筑设计的时候,就要考虑到窗户、通风口等的位置和大小,以便在火灾时能够有效地通风排烟。
钢结构在土木工程中的抗火设计技术随着现代建筑技术的不断进步,钢结构作为一种轻质、高强度、耐腐蚀的建筑材料逐渐应用于土木工程领域。
然而,钢材在面临火灾时其强度和稳定性可能会受到影响,因此钢结构在土木工程中的抗火设计技术显得尤为重要。
本文将介绍几种常用的钢结构抗火设计方法,旨在提高土木工程中钢结构的抗火性能。
1. 耐火涂料耐火涂料是目前常用的钢结构防火措施之一。
它可以在钢材表面形成一层保护层,起到隔热、延缓钢结构受热的效果。
根据工程需要,可选择不同种类的耐火涂料,如耐火石膏涂料、耐高温有机涂料等。
耐火涂料的施工操作简便,但需要按照所选材料的使用要求和施工规范进行操作,以确保其良好的防火效果。
2. 阻燃钢板包覆阻燃钢板包覆是另一种常用的钢结构抗火设计方法。
通过在钢材表面包覆阻燃钢板,可以阻隔火焰和高温气体对钢材的直接作用,提高钢结构的抗火性能。
阻燃钢板可以选择不同材质和厚度,根据实际工程需要进行选择和设计。
此外,为了确保阻燃钢板与钢结构的粘结性能和整体受力性能,施工时需要按照相关规范进行焊接或固定。
3. 阻燃涂层阻燃涂层是一种新型的钢结构抗火设计技术,通过在钢材表面涂覆阻燃材料,形成一层防火保护层,提高钢结构的抗火性能。
阻燃涂层可以选择不同类型的涂料,如阻燃水性涂料、阻燃油性涂料等,根据实际工程需求选择合适的防火涂料。
阻燃涂层施工时需要注意涂覆均匀、厚度符合要求,并确保与钢材的粘结牢固,以提高整体的抗火性能。
4. 钢结构构件隔热设计钢结构构件隔热设计是一种重要的抗火设计措施。
通过在钢结构构件与火源之间设置隔热层,减少火灾对钢结构的传导和辐射作用,提高钢结构的抗火能力。
常用的隔热材料包括矿棉板、膨胀石墨板等,可根据钢结构的具体情况选择适当的隔热材料进行隔热设计。
此外,隔热层的施工要求严格,需要注意保证隔热材料与钢结构的紧密贴合和稳固牢固,确保隔热效果的达到设计要求。
总结起来,钢结构在土木工程中的抗火设计技术主要包括耐火涂料、阻燃钢板包覆、阻燃涂层和钢结构构件隔热设计等。
关于建筑钢结构的防火设计及保护方法摘要:在建筑施工中,建筑钢结构可以提高工程多样化的应用需求。
钢结构是现代建筑工程中普遍使用的一种结构形式。
钢结构建筑具有强度、刚度高,抗震性能强,稳定性好等优势,但其隔热、耐火性能较弱,在高温环境下极易坍塌。
为了全面提升建筑钢结构应用的安全性和稳定性,需要在建筑钢结构设计过程中,根据相关的规范和要求做好防火设计工作,进一步优化和提升建筑钢结构的防火性能,为后期建筑的安全使用提供有效的保障。
关键词:建筑钢结构;防火设计;保护方法引言随着装配式建筑的积极推进,钢结构迎来了新的发展机会。
钢结构应用要求不断提高,尤其是安全性、防火性、耐久性,深入分析建筑钢结构防火设计及保护,了解钢结构的火灾特点,结合钢结构建筑实际情况,遵循相应的规范和要求,做好防火设计与保护,进而提高建筑的防火性能,保障结构使用安全,有着重要的意义。
1钢结构建筑火灾危害分析作为现代建筑物施工中的主要材料,尽管钢结构属不可燃材料,然而钢材本身就为热良导体,极易导热、传热,通常在温度>260℃的环境下钢结构屈服点、极限强度均会快速下降。
当温度>400℃时,其屈服强度将快速下滑至室外温度强度的1/2。
温度>650℃时,钢材将完全丧失刚度,强度,近似于零,此刻钢材将彻底失去承载力出现严重变形,无法继续工作。
钢结构建筑,其最大的缺点在于具有较差的耐火性能,倘若不对钢结构进行防火处理,即使钢材自身不会遇火燃烧,但高温环境之下其强度无法保证,一旦发生严重火灾,极易变形继而出现坍塌,为建筑物使用者带来巨大经济损失甚至人员伤亡,且严重阻碍消防部门的救火、救援行动。
2建筑钢结构防火设计要点2.1防火设计方法从钢结构防火设计实践分析,常用的防火设计方法如下:(1)耐火极限法。
受到设计荷载的影响,处于火灾状态时钢结构构件的实际耐火极限要求大于设计耐火极限。
在设计时使用tm≥td验算,构件的实际耐火极限可以通过试验测定,或者根据《建筑钢结构防火设计规范》GB51249-2017规定内容,开展相应的计算最终确定。
钢结构抗火设计概述摘要:本文论述了钢结构的优缺点、钢结构火灾危害及钢结构杭火设计的目的与要求,介绍了传统的钢结构抗火设计方法及其缺陷,指出基于火灾高温结构承载极限状态的现代钢结构抗火设计方法和性能化钢结构抗火设计方法是今后钢结构抗火设计方法的发展趋势。
关键词:钢结构;抗火设计;传统方法;现代方法;性能化结构设计一、引言钢结构是现代建筑工程中较普遍的结构形式之一,随着我国经济的发展和建筑技术的日新月异,钢结构这种建筑结构形式以其重量轻承载力大、塑性韧性好、施工简便、布置灵活等特点广泛应用于超高层建筑、体育馆和大型厂房等建筑中,中国钢结构代表性建筑有国家体育馆、水立方、国家大剧院、上海环球金融中心、南京长江大桥等。
但是钢结构耐火性差,钢结构在耐火方面有两个致命的缺点,一是钢材的导热系数很大,火灾下无防火保护的钢构件的温度随着环境温度的上升在15min内就可能超过600℃;二是钢材的强度和弹性模量随着温度的上升而下降,温度为600℃时,钢材的强度和弹性模量将降至常温下的一半,承载力大大下降,因此在火灾中钢结构极易受到破坏或倒塌。
二、钢结构火灾危害钢结构在火灾下很容易遭到破坏甚至倒塌。
例如,1993年我国福建泉州一座钢结构冷库发生火灾,造成3600m2的库房倒塌;1996江苏省昆山市的一轻钢结构厂房发生火灾, 4320m2的厂房烧塌;1998年北京某家具城发生火灾, 造成该建筑(钢结构)整体倒塌;2001年美国“9.11”事件中纽约世贸大厦的倒塌,普遍认为飞机撞击后引起的火灾是主要原因;而同年台湾一幢26层的高层钢结构建筑发生火灾,造成了梁、梁柱连接及楼板的严重破坏[1];2003年上海某钢结构厂房发生火灾,造成整体结构倒塌。
钢结构火灾给人类的生命、财产安全造成了重大损失,因此,钢结构抗火设计至关重要三、钢结构抗火设计目的钢结构抗火设计,一般期望达到如目的:(l) 减轻结构构件在火灾中的破坏,避免构件在火灾中局部倒塌造成灭火及人员疏散困难;(2) 避免结构在火灾中整体倒塌造成人员伤亡;(3) 减少火灾后结构的修复费用, 缩短灾后结构功能恢复周期,减少间接经济损失;四、钢结构抗火的计算模型结构分析模型可采用构件模型、子结构模型和整体结构模型。
钢结构耐火设计方法综述摘要:简述了钢结构的特点、耐火设计需要遵守的原则以及具体方法。
参考国内外资料,论述了钢结构抗火设计及防火保护。
防止钢结构在火灾中迅速升温并发生形变塌落的措施有多种,关键是要根据不同情况采取不同方法。
钢结构通常在450~650℃温度中就会失去承载能力,发生很大的形变,导致钢柱、钢梁弯曲,结果因过大的形变而不能继续使用,一般不加保护的钢结构的耐火极限为15分钟左右。
这一时间的长短还与构件吸热的速度有关。
使钢结构材料在实际应用中克服防火方面的不足,必须进行防火处理,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。
介绍了几种不同钢结构的防火保护措施,为钢结构设计的完整性提供了参考。
关键词:建筑;钢结构;耐火设计;荷载钢结构与传统的钢筋混凝土结构相比具有以下特点:(1)钢材材质均匀,可认为为理想的弹性材料,受力状态简单明了;(2)钢材的塑性和韧性好,有利用提高结构的抗震性能;(3)钢结构强度高,自重轻,降低结构的自振周期,减小结构设计内力,降低基础造价;(4)钢结构制作周期短、施工速度快等。
钢结构优点很多,但却有一个致命的缺陷:耐火性能差。
结构发生火灾后在很短的时间内就能把建筑物烧毁。
文中针对钢材的抗火性能,参考了国内外的资料,总结出了钢结构的抗火设计方法及保护方法,并给出一些建议,为钢结构的设计提供参考。
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,钢材虽然是不燃材料,但其耐火性能很差,随着温度的变化,其力学指标会发生很大的改变,承载力和平衡稳定性会随温度升高而大幅度下降。
钢结构在温度达到350℃、500℃、600℃时,其强度分别下降1 /3、1/2、2/3,在高温条件下其内部应力也会发生改变,使钢结构承重体系出现问题,按理论计算,在全负荷下,钢结构失去平衡稳定性的临界温度为500℃,一般火场温度都在800℃-1000℃左右,在这样的高温条件下,无任何保护的钢结构很快就会出现塑性变形,大约15分钟内就会倒塌。
要使钢结构材料在实际应用中克服防火方面的不足,必须进行防火处理,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。
对于钢结构,无论是构件层次还是整体结构层次的抗火设计,均应满足以下要求:1。
在规定得结构耐火极限时间内,结构的承载力应不小于各种作用所产生的组合效应。
2。
在各种荷载效应组合下,结构的耐火时间应不小于规定得结构耐火极限。
3。
火灾下,当结构内温度分布一定时,若记结构达到承载力极限状态时的内部某特征点的温度为临界温度,则临界温度应不小于在耐火极限时间内结构在该特征点处的最高温度。
(1)上述计算方法对于单根构件计算更为适合,对于钢结构性能化防火设计方法,结构火灾作用下的整体力学性能分析是结构抗火设计未来的发展方向。
结构整体力学评估一般分析程序如下:(1)分析建筑功能及消防措施,设计火灾场景。
(2)确定钢结构的极限温度。
(3)通过流体动力学软件计算火灾后的烟气及温度的分布,计算由于火灾导致的钢结构的温度。
(4)建立钢结构空间的三维几何模型,计算热效应引起的钢材强度的降低。
采用有限元或者结构力学分析软件计算,荷载可采用火灾状况中的“火灾荷载”。
(5)根据结构安全分析计算结果,确定钢结构的防火方案。
(2)1钢结构抗火的设计方法钢结构抗火设计的实质是:选定保护材料及所需厚度,从而使结构在火灾中的温升不超过其临界温度而确保耐火稳定性,满足承载能力的规定。
在实际建筑设计中设计人员在遇到钢结构建筑中对所设计的建筑都做出特别的要求,比如涂刷防锈涂料,防火涂料属于油漆类。
(3)基于试验的构件抗火设计是一种简单、直观的方法。
即规范要求某一类型建筑物具有一定的耐火时间,然后对结构的主要构件进行正常设计荷载下的标准试验,测定其抗火时间。
设计目标为:结构(构件)的抗火时间不小于规范规定的耐火时间。
我国《现行建筑设计防火规范》(GBJ16―87)中关于钢梁和钢柱的防火措施的要求正是基于此法。
该试验方法存在很多缺陷。
首先,耐火时间、耐火等级不易确定。
目前建筑物趋于功能复杂,体量大型化。
同一建筑物的各个组成部分功能相差非常大。
其次,构件在结构中受力很难模拟,而受力的大小对构件耐火时间的影响很大。
最后,构件受火在结构中产生温度应力,而这一影响在构件试验中也难以准确反映。
可见早期的抗火设计方法有时失之经济,有时又失之安全。
鉴于试验的上述缺陷,结构抗火设计方法已开始从基于试验的传统方法,转为基于计算的现代方法,特别是英国、瑞典、美国、日本等从20世纪70年代就大量开展了考虑上述诸因素的结构抗火计算与设计方法的研究。
我们在设计时,要根据不同建筑对构件耐火极限的要求,通过科学比较,选出最恰当的防火保护方法,达到经济和安全要求。
(4)基于计算的现代方法即用计算的方法代替标准试验的方法,可以免除传统方法中所存在的问题,是钢结构抗火设计发展的方向。
目前计算方法有几种:直接按耐火等级选择构件的耐火极限t,求出构件临界温度后Ts,用t、Ts为控制条件求保护层厚度的Ts-t耐火设计方法;用构件的临界温度Ts和当量升温时间Te来确定防火保护层厚度的Ts-Te耐火设计方法。
(5)我国的第一部钢结构防火设计标准《上海市钢结构防火技术规程》(报批稿)中采纳的设计方法,其计算过程如下:(1)采用确定的防火措施,设定一定的防火被覆厚度。
(2)计算构件在确定的防火措施和耐火极限下的内部温度。
(3)采用确定高温下钢的材料参数,计算结构中的该构件在外荷载和温度作用下的内力。
(4)进行荷载组合:S= γGCGGk + ∑γQiCQiQik+γW C W Wk+γfCf(ΔT)。
其中,S为荷载组合效应;Gk为永久荷载标准值;Qik为楼面或屋面活载(不考虑屋面雪载)标准值;Wk为风荷载标准值;△T为构件或结构的温度变化(考虑温度效应);γG为永久荷载分项系数,取1、0;γQi为楼面或屋面活荷载分项系数,取0.7;γW为风载分项系数,取0或0、3;γf为温度效应的分项系数,取1、0;CG,CQi ,C W,Cf为永久荷载,楼面或屋面活载,风载,温度变化的效应系数。
(5)根据构件和受载的类型,进行构件耐火承载力极限状态验算。
验算要求为:S≤R式中R为按确定温度条件下的构件的极限承载力。
(6)当设定的防火被覆厚度不合适时(过大或过小),可调整防火被覆厚度,重复上述(1)~(5)步骤。
基于计算的防火设计方法,优点是:考虑了多个影响因素,从构件的实际工作条件出发,进行耐火设计,从而与实际情况更接近;用保护材料的热物理参数测定法取代了构件的耐火试验,使试验工作简化并大大降低了费用。
缺陷是:目前计算方法尚未统一;计算较为复杂,各计算方法之间计算结果差异较大,没有考虑基于整体结构的计算。
2钢结构的防火保护除了进行基本的抗火设计我们必须考虑可行的防火保护,将两者紧密的结合起来,钢结构的防火保护的基本原理是采用耐火、绝热或吸热的材料,阻隔火焰和热量,推迟钢结构的升温速率,延缓钢结构表面到达临界温度的时间。
主要方法有以下几种:由于钢结构耐火能差,在火灾高温作用下很快失效倒塌,耐火极限仅15分钟,若采取措施,对钢结构进行保护,使其在火灾时温度升高不超过临界温度,钢结构在火灾中就能保持稳定性,对钢结构采取的保护措施,从原理上来讲,主要可划分为两种:截流法和疏导法。
(6)2.1截流法截流法的原理是截断或阻滞火灾产生的热流量向构件的传输,从而使构件在规定的时间内温升不超过其临界温度。
其作法是构件表面设置一层保护材料,火灾产生的高温首先传给这些保护材料,再由保护材料使给构件。
由于所选材料的导热系数较小,而热容又较大,所以能很好地阻滞热流向构件的传输,从而起到保护作用。
截流法又分为喷涂法、包封法、屏蔽法和水喷淋法。
2.1.1喷涂法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。
钢结构防火涂料按所使用的胶粘剂的不同可分为有机防火涂料和无机防火涂料两类,按涂层厚度分为薄涂型和厚涂型两类,薄涂型钢结构涂料涂层厚度一般为2~7m m,有一定装饰效果,高温时涂层膨胀增厚,具有耐火隔热作用,耐火极限可达0。
5~1。
5小时,这种涂料又称纲结构膨胀防火涂料。
厚涂型钢结构防火涂料厚度一般为8~20mm,粒状表面,密度较小,导热系数低,耐火极限可达0。
5~3。
0小时,这种涂料又称钢结构防火隔热涂料。
钢结构防火涂料的防火原理有三个:一是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。
二是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。
三是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。
薄涂型钢结构防火涂料的主要品种有:LB、SG―1、SB―2、SS―1钢结构膨胀防火涂料。
厚涂型钢结构防火涂料主要品种有:LG钢结构防火隔热涂料、STI―A、JG276、ST―86、SB―1、SG―2钢结构防火涂料等。
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)承受冲去振动的梁(2)设计层厚度大于40mm寸(3)粘贴强度小于0。
05MPa的涂料(4)腹板高度大于1。
5m的梁喷涂法适用范围最为广泛,可用于任何一种钢构件的耐火保护。
2.1.2包封法包封法就是在钢结构表面做耐火保护层,将构件包封起来,其具体做法有:(1)用现浇混凝土作耐火保护层。
所使用的材料有混凝土、轻质混凝土及加气混凝土等。
这些材料既有不燃性,又有较大的热容量,用作耐火保护层能使构件的升温减缓。
由于混凝土的表层在火灾高温下易于剥落,可在钢材表面加敷钢丝网,进一步提高其耐火的性能。
(2)用砂浆或灰胶泥作耐火保护层。
所使用的材料一般有砂浆、轻质岩浆、珍珠岩砂浆或灰胶泥、蛭石砂浆或石灰胶泥等。
上术材料均有良好的耐火性能,其施工方法常为金属网上涂抹上述材料。
(3)用矿物纤维。
其材料有石棉、岩棉及矿渣棉等。
具体施工方法是将矿物纤维与水泥混合,再用特殊喷枪与水的喷雾同时向底子喷涂,构成海绵状的覆盖层,然后抹平或任其呈凹凸状。
上述方式可直接喷在钢构件上,也可以向其上的金属网喷涂,且以后者效果较好。
(4)用轻质预制板作耐火保护层。
所用材料有轻质混凝土板、泡沫混凝土板、硅酸钙成型板及石棉成型板等等,其做法是以上述预制板包覆构件,板间连接可采用钉合及粘合。
这种构造方式施工简便而工期较短,并有利工业化。
同时,承重(钢结构)与防火(预制板)的功能划分明确,火灾后修复简便且不影响主体结构的功能,因而具有良好的复原性。