钢结构抗火设计
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建筑钢结构防火技术规范Code for Fire safety of Steel Building Structures1 总则1.0.1为防止和减小建筑钢结构的火灾危害,保护人身和财产安全,经济、合理地进行钢结构抗火设计和采取防火保护措施,制定本规范。
1.0.2本规范适用于新建、扩建和改建的建筑钢结构和组合结构的抗火设计和防火保护。
1.0.3本规范是以火灾高温下钢结构的承载力极限状态为基础,根据概率极限状态设计法的原则制定的。
1.0.4建筑钢结构的抗火设计与防火保护,除应符合本规范的规定外,尚应符合我国现行有关标准的规定。
2 术语和符号2.1 术语2.1.1火灾荷载密度fire load density单位楼面面积上可燃物的燃烧热值,单位为MJ/m2。
2.1.2标准火灾升温standard fire temperature-time curve国际标准ISO834给出的用于进行建筑构件耐火试验的炉内平均温度与时间的关系曲线。
2.1.3等效曝火时间equivalent time of fire exposure在非标准火灾升温条件下,火灾在时间t内对构件或结构的作用效应与标准火灾在时间te 内对同一构件或结构(外荷载相同)的作用效应相同,则时间t称为前者的等效曝火时间。
e2.1.4抗火承载力极限状态limit state for fire resistance在火灾条件下,构件或结构的承载力与外加作用(包括荷载和温度作用)产生的组合效应相等时的状态。
2.1.5临界温度critical temperature假设火灾效应沿构件的长度和截面均匀分布,当构件达到抗火承载力极限状态时构件截面上的温度。
2.1.6荷载比load level, load ratio火灾下构件的承载力与常温下相应的承载力的比值。
2.1.7钢管混凝土构件concrete-filled steel tube在圆形或矩形钢管内填灌混凝土而形成,且钢管和混凝土在受荷全工程中共同受力的构件。
高层建筑钢结构的抗火设计方法及防火措施摘要:随着经济的发展,空间利用率将不断提高,高层建筑可以节约土地,美化城市,但高层建筑的建设也给建筑本身带来诸多消防安全隐患。
钢结构由于自重轻、强度高、抗震性能好、工业化程度高等特性,在高层建筑中的运用越来越广泛。
钢材虽然不会自身燃烧,但是钢材耐火性很差,所以要加强钢结构的防火设计,在设计阶段加强对钢结构构件的防火措施。
应按结构耐火承载力极限状态进行耐火验算与防火设计。
关键词:高层建筑;钢结构;防火设计;措施引言随着科技和经济的发展,高层建筑大量涌现。
大量火灾导致高层建筑发生大量悲剧,这提醒我们要加强高层建筑应对火灾的能力,减少火灾造成的危害。
1高层建筑火灾特点分析在高层建筑中,功能复杂,起火因素多,火势蔓延途径多、速度快。
管道、楼梯和电梯构成了垂直的“烟囱效应”。
通过对火灾现场的测量,火灾可在30分钟内从下至上蔓延到整栋楼的30层。
高层建筑由于人员众多,垂直疏散距离长,火灾中人员的恐慌等,安全疏散困难。
另外高层建筑火灾扑救难度大,由于受到消防设施条件的限制,常常给扑救工作带来不少困难,部分地区现有的消防车辆装备很难满足高层建筑灭火救援任务的需要。
如果高层建筑着火,由于长时间高温,钢筋混凝土和钢结构原有的强度和刚度遭到严重破坏,可能导致建筑物全部或部分倒塌。
此外,由于垂直距离较长,楼层之间沟通困难,火灾可能发生在较低的楼层,而较高的楼层是无知的。
2钢结构建筑对防火消防工作的挑战2.1钢结构在火灾下的性能钢结构本身不耐高温。
在一定期限内,钢结构的耐火极限为0.25小时。
也就是说,当钢结构的温度达到临界温度时,钢框架结构本身的支撑强度将大大降低。
随着钢结构温度的升高,钢结构本身的力学性能也会随之降低,如屈服点、弹性模量、抗压强度以及荷载能力等方面,从而导致钢架结构失去整体的平衡稳定性。
同时,钢框架结构由单一材料组成,其中导热系数比较大,是混凝土结构的40倍。
再加上高温的作用,热量会迅速传导到内部,并逐渐上升。
浅谈钢结构建筑防火设计引言现阶段在日本、美国及俄罗斯等相关的国家,钢结构建筑已经占到本国新建建筑的40%以上。
同时钢结构建筑在我国也得到广泛的建设,但是由于钢结构建筑在抗火性能方面存在的缺点,给人民生命财产的安全造成较大的威胁,因此,钢结构建筑防火设计的分析有着较为重要的意义。
1.钢结构建筑火灾危险性分析制约钢结构建筑发展的一个重要因素就是其耐火性能较差。
钢结构在遇到火灾时自身不会发生燃烧,但是其强度在高温的灼烧之下会发生迅速的大幅度下降,给整个火灾的救援工作带来更大的难度。
根据相关的实验及火灾案例表明,没有进行任何防火设计的钢结构建筑,其最长的支撑时间为20分钟,这给初期的灭火带来较大的困难。
同时钢结构建筑在发生火灾之后一般均会产生大量的烟雾与热量,这对于灭火工作的顺利进行也是非常不利的。
2.高温条件下钢结构力学性能分析钢结构建筑主要由钢材组成,由于钢材是不可燃的材料,即钢结构是非燃烧体。
但是在高温的条件下,随着温度的升高,钢结构的整体性能将会发生较大的变化,其抗压强度、屈服强度及弹性模量均会发生大幅度的降低,相关的实验表明,当钢结构的温度达到150摄氏度以上时,要想保证钢结构建筑的稳定性,必须采取针对性的防护措施;当其温度达到250--300摄氏度时,钢结构建筑的强度会急速的下降;当其温度达到350摄氏度时,钢结构的屈服强度还不到常温下钢结构屈服强度的1/2。
当温度升到500摄氏度时,钢结构基本上丧失了原有的刚度和强度。
在一般的火灾现场,其温度均会超过700摄氏度,在此种条件下,钢结构的力学性能必然发生了较大的变化,强度会急速下降,最后出现钢结构建筑倒坍的情况。
3.钢结构建筑防火的基本性要求3.1环保性能要好环保性能要好是现阶段对于钢结构建筑防火材料的基本性要求之一,要求在钢结构建筑施工、使用及发生火灾的过程中,不能产生对于人体有害的气体。
现阶段建筑工程内部的室内空气的污染已经成为威胁公众健康的重要因素之一。
关于钢结构抗火设计2018年4月1日,《建筑钢结构防火技术规范》GB51249-2017开始实施,其中包含多项强条,引发了业界关注.大家普遍反映相关计算有些复杂,为此,有工程师使用SAP2000的API编制了一款钢结构防火计算插件,能够一键完成冗长的计算流程,让防火计算与设计变得简单.为便于理解、应用,首先对钢结构防火设计理论作简要介绍,然后对如何应用插件予以说明.(1)钢材在火灾下力学性能大幅退化.温度600℃时,结构钢屈服强度只有常温时的50%;温度700℃时,结构钢屈服强度只有常温时的20%.高强度钢材的力学性能则退化更为严重.(2)钢材热传导系数大,火灾下升温快.无防火保护的钢构件,在受火15~20min时,即可能达到600℃以上,难以达到《建筑设计防火规范》GB 50016规定的构件耐火极限要求.要大幅提高钢材在高温下的力学性能难度很大,且不经济.因此,目前提高钢构件耐火极限的主要措施是对其进行防火保护.工程中应用最多的钢构件防火保护方法是涂覆防火涂料,包括非膨胀型防火涂料和膨胀型防火涂料,目前前者也常称为厚型防火涂料,后者常称为薄型防火涂料/超薄型防火涂料.《建筑钢结构防火技术规范》GB51249还规定了工程应用的其他钢构件防火保护方法,包括:包覆防火板,浇筑混凝土,砌筑砌块,涂抹砂浆,包覆防火毡等.在GB51249-2017实施之前,钢结构防火设计主要根据防火涂料检测报告(按照《钢结构防火涂料》GB14907测试).例如:某检测报告中,涂抹了dfirecal2_v19),Menu Text输入任意名称,例如“防火计算插件”,点击右边Add按钮,Status变为OK即安装成功,Tools下拉菜单中将出现这个插件.模块1:钢构件抗火设计打开插件,主界面如下:首先在窗口中选中需要计算的一根构件,使其处于高亮状态.在主界面中选择、填入各项参数,有无防火保护均可计算,保护类型包括规范中的非轻质防火保护层、膨胀型防火涂料、非膨胀型防火涂料以及笔者自己加的C20混凝土,截面类型包括工字钢、箱型截面和圆管.选择不同的涂料类型时,下拉框和填框会自动根据计算方法不同变为可填或不可填状态,需根据6.2节相关参数的解释把可填的地方全部填上参数(注意单位),然后点击“生成”,即可马上根据所选构件的截面参数、材料本构计算出钢构件的升温值以及本构折减情况,弹框显示,并将该构件的材料本构修改为受火后的本构,便于有限元计算.在钢构件的升温计算中(6.2.1、6.2.2节),规范中采用了一种时间增量迭代的方法,经校核,增量步取1~5s,结果都没有太大差异,在本插件中增量步统一取为1s.规范6.2.3节同时提供了一种轻质防火保护层的升温近似算法(本插件未采用),跟增量迭代法进行比较后发现,误差一般不超过10%.2:钢与混凝土组合梁抗火设计选择“钢—混凝土组合梁抗火设计”标签,窗口变为以下:依然首先在模型中选择一根构件,然后按照规范8.3节中的内容选择或输入各项参数,点击“验算”即可弹出各项计算结果.在规范中,塑性中和轴的位置有三种情况:混凝土翼板内、钢梁上翼缘内、钢梁腹板内,程序中将其命名为一类、二类、三类截面,能够自动判断并应用相应的计算公式.。
结构抗火设计的概念,研究及设计方法初探火灾高温对结构钢的材料性能特别是力学性能有显著影响,当温度超过550℃时,普通结构钢将丧失大部分强度和刚度。
火灾时,建筑室内的温度半小时内可达到800~1200℃,因此钢结构和钢-混凝土混合结构在火灾中极易受到损害。
2001年美国“9.11”事件中纽约世贸中心两座110层411m高的钢结构大楼因飞机撞击后发生的火灾而倒塌,引起世界各国对钢结构抗火问题的高度关注。
2000年以后,我国钢结构的应用越来越多,而火灾造成钢结构破坏的事故也开始明显。
目前国内结构抗火研究的水平与国际先进水平接近,在有的方面已与国际先进水平一致。
但在工程应用方面远远落后于该领域的先进国家,我国目前没有结构抗火设计(特别是钢结构抗火设计)的国家标准,结构抗火设计主要依据国家标准《建筑设计防火规范》和《高层民用建筑设计防火规范》中所采纳的基于独立构件标准耐火试验的方法,这种方法由于不能反映真实火灾升温、结构整体性能和火灾下荷载作用大小对结构构件抗火能力的影响,因此不能确保结构抗火安全和结构抗火设计的经济性。
本文从火灾的特性和建筑结构抗火安全设计目标出发,通过对火灾实验结果及从中总结建立的火灾模型的描述,高温下的结构材料特性,推导出具有可操作行的抗火计算和设计方法。
本文以概念介绍为主,沿结构研究的基本脉络对建筑结构抗火设计理论做出基本描述。
(一)概念1.火灾a火灾发生的条件:存在可燃物;存在空气、氧气或氧化剂;存在火源。
b火灾的特征:发生燃烧,蔓延成灾。
c轰燃(flashover):可燃混合物中火焰波的快速传播或是在这一有限空间的气相着火。
d火灾荷载和火灾荷载密度火灾荷载指建筑中的可燃材料的数量为火灾荷载。
火灾荷载与建筑面积或容积大小有关。
火灾荷载密度定义为房间中所有可燃材料完全燃烧时所产生的总热量与房间的特征参考面积之比。
2.结构的防火、耐火与抗火a防火当防火指防止火灾时,主要用于建筑防火措施,如防火分区、消防设施布置等。
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。
现行各规范对钢结构建筑防火设计要求全套一、钢结构的隔热防护1.处千高温工作环境中的钢结构,应考虑高温作用对结构的影响。
高温作用为可变荷载,其设计状况为持久状况,并应按承载力极限状态和正常使用极限状态进行设计。
2.钢结构的环境温度超过100o C时,其承载力和变形验算应考虑长期高温作用对结构和连接性能的影响,并根据不同情况可采取以下防护措施:(1)以耐热涂料(板)隔护;(2)结构短时间内可能受到火焰直接作用或长时间受高温作用时,应采用有效的隔热降温措施(如加隔热层或水套等)。
3.当钢结构可能受到炽热熔化金属或玻璃的侵害时,应采用厚重的耐热砌块围护加以保护。
4.钢结构的隔热保护措施在相应的工作环境下应具有耐久性,并与钢结构的防腐、防火保护措施相兼容。
5.高强度螺栓连接长期受辐射热(环境温度)达150。
C以上,或可能短时间受火焰作用时,应采取隔热降温措施予以保护。
构件采用防火涂料进行防火保护时,其高强度螺栓连接处的涂层厚度不应小于相连接构件的涂料厚度。
(此处已添加圈子卡片,请到今日头条客户端查看)二、钢结构的防火设计1.钢结构的防火设计应符合国家现行标准《钢结构设计标准》GB50017、《高层民用建筑钢结构技术规程》JG]99和《建筑钢结构防火技术规范》GB51249-2017及《钢结构防火涂料》GB14907-2018的规定,其防火保护措施及构造应根据建筑物的类别与使用条件,综合考虑结构类型、耐火极限要求、作环境等条件,按照安全可靠、经济合理的原则确定。
2.在钢结构设计文件中应有防火设计专项内容,应注明建筑结构的耐火等级、构件的设计耐火极限、所需防火保护材料的性能要求与防火措施及构造要求。
3.需防火设防建筑中的压型钢板组合楼板结构,其下层的压朋钢板不宜因兼作受力钢筋而进行防火涂层防护,仅适于作为施工阶段的校板使用。
4.必要时对大跨度、大空间及超高层建筑结构,可采用性能化抗火设计方法,模拟实际火灾升温条件.验算分析结构的抗火性能.采取合理有效地防火保护措施。
建筑钢结构防火设计规范及要点摘要:钢结构建筑因其自重轻,抗震性能好,装配化程度高,施工进度快等特点,近年来得到广泛应用。
钢材属于不燃烧材料,但在火灾条件下,通常钢材的临界温度仅为550℃,不加防护的钢结构耐火极限为15min左右,火灾时钢结构将会发生大的变形,从而失去承载能力。
因此,钢结构防火设计尤为重要。
本文根据GB50016—2014《建筑设计防火规范》(2018版)、GB51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》有关要求,将钢结构进行防火设计处理,防止钢结构在火灾中迅速升温发生变形而倒塌。
关键词:建筑;钢结构;防火设计;规范要点前言结合建筑钢结构防火设计相关新规范的施行和设计计算要求,本文对建筑防火设计相关的规范和基于结构耐火承载力极限状态验算的钢结构防火设计方法进行基本了介绍,并重点介绍了基于耐火验算的钢结构防火设计流程和设计要点。
1钢结构防火设计规范要求和流程鉴于实际工程中主要选用防火涂料为建筑钢结构防火保护措施,本节的内容主要基于国标钢结构防火规范和新版钢结构防火涂料规范两本规范及相关规范进行整理。
1.1强制性条文钢结构防火规范中的强制性条文有4条,分别为第3.1.1,3.1.2,3.1.3,3.2.1条,其中第3.2.1明确规定钢结构应按结构耐火承载力极限状态进行耐火验算与防火设计。
这意味着以往只规定建筑耐火等级、构件耐火极限和防火涂料选型的简易设计方法不再适用。
基于耐火承载力验算的钢结构防火设计由结构工程师承担,验算和设计成果不仅要反映在设计图纸上还需要以计算书的形式提供给消防主管部门或审图单位审核,并作为消防验收的依据之一。
钢结构防火涂料规范中第5.1.5条、第5.2节和第7章为强制性条文。
第5.1.5条分别规定了膨胀型和非膨胀型防火涂料涂层的最小施涂厚度;第5.2节规定了各类型防火涂料的性能要求,其中第5.2.3条中明确规定依据该规范基于标准钢梁的耐火试验结果(防火涂料涂层膜厚和构造措施)仅适用于同类型且截面系数更小的基材;第7章为产品检验规则的相关条文。
钢结构防火设计规范钢结构防火设计规范是针对钢结构建筑在火灾发生时进行防火措施的一组指导原则和规范。
目的是确保钢结构在火灾发生时能够保持结构完整性和稳定性,减少火灾造成的损失。
1. 钢材的选择与防护(1)在钢结构设计中,应优先选择阻燃性能好的钢材,如耐火钢、不锈钢等。
(2)对于一般构件采用普通碳钢,应使用防火材料进行防护,防护层厚度应符合相关设计要求。
(3)对于关键构件、承重构件等,应采用专用防火材料加强防护,提高抗火性能。
2. 钢结构构件的防火涂层(1)钢结构构件的防火涂层应符合国家相关规定,具备一定的抗火性能。
(2)防火涂层应采用符合标准的防火涂料,施工工艺应符合规范要求。
(3)防火涂层应均匀覆盖钢结构表面,并有一定的厚度,以提供足够的防火保护。
3. 钢结构布置和间距(1)在钢结构设计中,应合理布置构件和间距,以减少火灾蔓延和热传递的可能性。
(2)钢结构的横向间距应符合防火间距要求,防止火灾蔓延到相邻构件。
(3)采用隔热层或隔热材料,以减少火灾传播。
4. 钢结构的防火隔离和防烟分区(1)通过设置防火隔离墙、防火门等措施,将钢结构与其他部位进行有效隔离,以防止火势蔓延。
(2)根据建筑设计要求,将钢结构建筑进行分区,合理设置防烟门等控制系统,以防止烟气蔓延。
5. 钢结构的消防设施(1)钢结构建筑应配置有效的消防设施,如灭火器、消防喷淋系统、自动喷水灭火系统等。
(2)消防设施应符合国家相关规定,并进行定期检查和维护,确保其正常运行。
6. 钢结构建筑的火灾疏散通道(1)钢结构建筑应设置合适的火灾疏散通道,确保人员能够迅速疏散。
(2)疏散通道应满足相关法律法规的要求,通道宽度、通道长度等应符合规定。
钢结构防火设计规范对于保障钢结构建筑在火灾发生时的安全至关重要。
通过科学合理的设计和合适的防火措施,可以减少火灾对钢结构的破坏,并保护人员的生命财产安全。
因此,在进行钢结构建筑设计时,应严格按照规范要求进行防火设计,确保建筑的整体抗火性能达到预期效果。
关于钢结构抗火设计钢结构抗火设计是指在火灾条件下,钢结构能够保持其稳定性和承载能力,以防止火灾导致的结构破坏和人员伤亡。
在抗火设计中,需要考虑诸多因素,包括材料选用、结构构造、防火涂层、消防系统等。
首先,钢结构抗火设计的基础是选用具有良好耐火性能的材料。
一般来说,常见的钢材在高温下会迅速失去承载能力,因此需要使用具有一定耐火性能的特殊钢材。
常见的抗火钢材包括耐高温合金钢和防火钢。
其次,钢结构的构造设计也需要考虑抗火性能。
抗火设计要求各构件在火灾条件下保持稳定,以防止坍塌。
钢梁和柱通常要进行防火包裹,可以采用石膏板、耐火板等材料进行保护,以延缓钢材的升温速度。
此外,在设计过程中还需要合理设置防火隔间和排烟通道,以确保火灾不会迅速蔓延。
抗火涂层是钢结构抗火设计的重要组成部分。
抗火涂层可以起到隔热和防火的作用,能够延缓钢材升温的速度。
根据建筑物的火灾风险和使用要求,可以选择不同类型的涂层,如耐高温涂层、膨胀型涂层和阻燃涂层等。
抗火涂层需要定期检测和维修,以确保其持久的抗火性能。
此外,消防系统也是钢结构抗火设计中不可或缺的一部分。
消防系统包括火灾报警系统、灭火系统和排烟系统等。
火灾报警系统可以及时发现火灾,以便采取相应的措施。
灭火系统可以迅速将火势控制在可控范围内,以保护钢结构不受火灾损害。
排烟系统可以有效排除烟雾和有毒气体,保证人员安全疏散。
最后,钢结构抗火设计需要进行全面的抗火性能评估和验证。
一般来说,采用计算方法和实验方法相结合的方式进行评估。
计算方法使用数值模拟的方式,通过模拟火灾条件下的温度和应力分布,来评估钢结构的抗火性能。
实验方法可以进行真实的火灾试验,检测钢结构在火灾条件下的实际承载能力。
综上所述,钢结构抗火设计是保证钢结构在火灾条件下安全稳定的重要措施。
通过选用耐火性能良好的材料、合理的结构构造、有效的防火涂层和完善的消防系统,以及全面的抗火性能评估和验证,可以确保钢结构在火灾发生时能够提供足够的安全保护。
钢结构的防火设计原则与保护措施
1钢结构的防火设计原则
钢结构防火设计的首要原则是正确实施防火等级规定和设计要求,以期加固钢结构的抗火能力,降低大火的危害程度。
(1)设计和结构材质要求:按照规定要求,设计使用的钢材质,要选择符合抗火设计要求的热回形钢或者船舶级船级钢。
在表面处理上,如果使用涂料作外部装饰,要求涂料对火要求和耐温要求均要合格。
(2)设计结构形式要求:该结构应有宜利而安全的墙体及屋面结构,其形式和组合技术要求应符合总体防火设计要求,满足钢结构的热弯变形和稳定性要求。
2钢结构的防火保护措施
(1)钢结构的绝热层:对钢结构而言,为了抑制火灾热风对钢结构钢梁和钢架的热膨胀变形,应在钢结构外表面安装浸渍性防火涂料,以制造出阻尼绝热层,减少火灾原因的传播和钢结构的热膨胀变形,从而增加钢结构的抗火能力;
(2)钢结构的防火保护:在空间布局上,应优化布局结构,保持安全的距离,避免将燃烧气体引向住宅空间;在防火系统上,需要采用自动灭火系统,比如自动火灾报警系统以及消防泵系统等,以防止
火灾发生或在火灾发生后及时灭火;在钢结构改造上,要注意在保留原有结构特征的基础上采用抗火材料、结构及其安装方法。
通过以上的作业,可以有效的加强钢结构的防火设计和防火保护。
钢结构的防火性能可以有效的增强,从而带来更安全的居住空间。
钢结构的防火设计与防护措施钢结构在建筑工程中广泛应用,具有高强度、轻质、耐久等优点。
然而,钢结构也有其固有的弱点之一,即其对火灾的抵抗力较弱。
因此,在设计和施工过程中,必须采取有效的防火设计与防护措施,保障钢结构的火灾安全性。
一、钢结构防火设计的原则针对钢结构的防火设计,有以下几个原则需要遵循:1. 合理选材:选择具有较高耐火性能的钢材,如含铝钢、含镁钢等。
这些材料在高温下具有较低的融点,能够更好地抵抗火灾。
2. 配备防火涂料:将防火涂料应用于钢结构表面,以提高其耐火能力。
防火涂料能够隔离高温,并减缓热量传导,延缓钢结构被火灾侵蚀的时间。
3. 考虑防火隔离带:在大型钢结构建筑中,应设置防火隔离带,将相邻的钢结构分隔开,防止火灾蔓延。
防火隔离带可采用防火墙、防火帘等形式。
4. 设计合理的防火逃生通道:在钢结构建筑中,设置适当的防火逃生通道,确保人员在火灾发生时能够安全撤离。
通道应采用防火材料进行包裹,防止火势蔓延。
二、钢结构防护措施的选择除了防火设计外,钢结构还可以采取一些防护措施,提高其抵抗火灾的能力:1. 增加防火衣层厚度:在钢结构表面涂刷防火涂料时,可以适当增加涂层的厚度,以提高钢结构的火灾抵抗能力。
2. 安装防火封堵材料:在钢结构的空洞和连接处,使用防火封堵材料填充,以减少火灾烟气和火焰的传播。
3. 增设自动灭火系统:在钢结构建筑中,配备自动灭火系统,能够及时探测到火灾,并进行灭火处理,避免火势蔓延。
4. 定期维护和检查:钢结构在使用过程中,需要进行定期的维护和检查,确保防火措施的有效性。
及时更换老化的防火涂料和防火封堵材料,补充不足的部分。
三、案例分析以某高层钢结构建筑为例,该建筑设计合理,采用了以下防火设计与防护措施:1. 选材合理:使用了含铝钢材,提高了钢结构的耐火性能。
2. 防火涂料应用:在钢结构表面涂刷了耐火特性良好的防火涂料,增加了其耐火能力。
3. 防火隔离带设置:在建筑结构中设置了防火隔离带,防止火灾蔓延。
钢结构防火基本要求,柱间支撑的设计耐火极限1.引言1.1 概述钢结构防火是确保建筑安全的重要环节之一。
在建筑构筑物中,钢结构的防火性能直接关系到建筑物的整体耐火性能和火灾燃烧的传播速度。
因此,钢结构防火基本要求是确保建筑物在火灾发生时能够保持一定的结构完整性和稳定性,从而保护人员生命财产安全。
为了满足钢结构防火的基本要求,应对钢结构进行防火涂料的选择和施工。
防火涂料应符合国家标准,并且施工人员要在制定的施工要求下进行操作,确保涂层的均匀粘贴和涂刷。
此外,为了增加结构的防火性能,需要在柱子之间设置防火隔离带,并且根据规定的尺寸进行适当的设置。
柱间支撑的设计耐火极限也是钢结构防火的重要内容之一。
在柱间支撑的选择和布置时,需要根据建筑物的设计要求选择合适的材料,并确保布置的合理性。
同时,为了计算柱间支撑的耐火极限,我们需要考虑材料的防火等级、柱间距离、支撑材料的尺寸等因素,并采用相应的计算方法进行评估。
钢结构防火基本要求的重要性不可忽视。
它直接关系到建筑物的整体安全性和火灾后的修复工作。
柱间支撑设计耐火极限的影响因素也是需要认真考虑的,因为它能够决定支撑结构在火灾中的耐火能力和结构的稳定性。
通过严格遵循设计要求和规定标准,我们可以有效预防火灾的发生,最大限度地保护人员生命财产安全。
文章结构部分的内容可如下编写:1.2 文章结构本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分首先对钢结构防火基本要求和柱间支撑的设计耐火极限进行了概述。
介绍了本文的目的和重要性,为读者提供了阅读文章的背景和整体思路。
正文部分分为两个主要小节:钢结构防火基本要求和柱间支撑的设计耐火极限。
钢结构防火基本要求小节详细介绍了防火涂料的选择和施工要求以及防火隔离带的设置和尺寸要求。
文章将重点讨论在钢结构防火中需要考虑的关键因素和技术要点。
接着,在柱间支撑的设计耐火极限小节中,文章将分别探讨柱间支撑的材料选择和布置要求以及柱间支撑的耐火极限计算方法。
钢结构的火灾安全设计钢结构在现代建筑中应用广泛,其具有高强度、轻量化、耐久性等优点,但在火灾发生时,其安全性也受到考验。
因此,针对钢结构的火灾安全设计显得尤为重要。
本文将从材料选用、结构防护、灭火系统等方面探讨钢结构的火灾安全设计。
一、材料选用在钢结构的火灾安全设计中,首要考虑的是材料的阻燃性能。
一般情况下,进行钢结构设计时,会选择抗火性能良好的阻燃钢材。
这些钢材可以抵御高温并延缓火势蔓延。
同时,对于柱、梁等重要构件,可以采用带有防火涂料或防火板的钢材进行加固,以提高其抵抗火灾侵蚀的能力。
二、结构防护钢结构的结构防护是保证其在火灾中不坍塌的重要措施之一。
常用的结构防护方法有以下几种:1. 防火涂料:在钢结构表面施加一层特殊的防火涂料,以提高钢材的抗高温能力。
这种方法简便易行,能有效保护钢结构在火灾中的耐火性能。
2. 防火板材:将防火板材覆盖在钢结构表面,形成一层防火屏障,以延缓火势蔓延。
防火板材种类繁多,可以根据具体需求进行选择。
3. 火焰喷淋系统:将火焰喷淋系统安装在钢结构附近,一旦发生火灾,喷淋系统会立即自动启动并喷洒水雾,以冷却钢结构并抑制火势蔓延。
三、灭火系统钢结构的火灾安全设计还需要灭火系统的配合。
常见的灭火系统有以下几种:1. 自动喷水灭火系统:将自动喷水灭火系统安装在钢结构的周围及重点区域,一旦被火焰触动,系统会自动喷水进行灭火。
在火灾初期,喷水系统能够有效控制火势的蔓延。
2. 消防泡沫系统:针对易燃液体或油类产品储存区域,可以设置消防泡沫系统,以形成一层泡沫覆盖物,有效隔绝氧气供应,达到灭火的效果。
3. 气体灭火系统:适用于机房、电气控制室等场所。
通过高压气体喷射,将氧气浓度降低至不支持燃烧,有效灭火并保护钢结构。
总结:钢结构的火灾安全设计是一项非常重要的任务,需要综合考虑材料、结构防护和灭火系统等因素。
材料选用和结构防护是防止钢结构在火灾中坍塌的关键,而灭火系统则是保护钢结构免受火势侵袭的重要手段。
钢结构抗火存在的问题以及设计方法摘要:钢结构由于耐火性能差,因此必须进行抗火设计。
介绍了钢结构抗火设计存在的问题以及抗火设计方法,并列举了一些具体的钢结构防火措施。
关键词:火灾;钢结构;抗火;设计方法1.火灾对钢结构的危害钢材虽具有强度高、重量轻、材质均匀等许多优点,但有一个致命的缺点──不耐火。
钢材抵抗高温的能力非常有限,在火灾高温作用下,其力学性能会随温度的升高而降低,变形会不断增大,在200℃以内时,其性能没有很大变化,430℃~540℃之间则强度急剧下降,600℃时强度很低,不能承担荷载。
最近几年,建筑行业发展迅速,因此,我国的建筑行业的火灾形势也相对来说比较严峻,全国范围内发生了多起特大的火灾,并且造成了非常严重的影响。
例如:2008年7月27日,济南奥体中心发生火灾,过火面积达3000m³。
2009年2月9日,中央电视台文化中心发生特大火灾,导致多人受伤,直接经济损失达1.6亿元。
2.建筑抗火性能化设计存在的问题在现在的钢结构建筑物的设计中,设计人员和业主为了让建筑物满足有关的防火规范的要求,经常会在建筑物的内部结构、外部美观性、建筑结构技术创新等方面作出不该有的让步,甚至有的情况下已经严重影响了建筑物的许多使用功能。
旧式防火规范的修订周期过长,技术水平滞后于行业新技术、新产品的发展。
非常不利于建筑行业的新技术、新材料的普及以及行业标准的推广,并且还在很大程度上限制了建筑设计人员应用新技术、使用新材料和利用新方法的创新空间。
由于我国幅员辽阔,因此各个地区之间的社会风俗文化、经济发展水平有着非常大的差异,所以仅仅依靠旧的方式防火规范就很难成功的解决各种实际问题。
防火设计方案不但要针对具体问题进行具体分析,还要符合基本的建筑规范。
建筑中要具有火灾探测器、安装自动水喷淋头以及防火卷帘等,尽量防止建筑中存在可燃物、建造一个没有火灾危险性的地方,从而减少资源的浪费。
3.结构抗火设计方法确定结构抗火能力的方式一般有两种:一种方法是通过试验来确定,另一种方法就是通过理论计算来确定。
浅谈钢结构的抗火设计
摘要:本文从钢结构的耐火极限及其在火灾条件下的破坏机理入手,介绍了钢结构的抗火计算和防火构造措施设计,并结合工程实例,分析了轻钢结构厂房梁构件的抗火设计方法,为钢结构设计的完整性提供了参考,以推广钢结构的应用。
关键词:钢结构;抗火;设计
钢结构建筑被誉为2l世纪的“绿色建筑”,是一种节能环保型、能循环使用的建筑结构。
钢材具有强度高、重量轻、施工速度快、抗震性能好、环境污染少等优点,因而在超高、超大工业与民用建筑中使用比较广泛,特别是为了节约土地资源,我国规定从2003
年7月起,禁止在全国各大中型城市使用实心粘土砖,使得钢结构建筑日益增加,如北京国家大剧院、水立方、国贸三期、东方明珠等,即是典型的钢结构建筑。
但与混凝土结构相比,钢结构也有其自身的缺陷,如耐火性差、耐腐蚀性差等,其中耐火问题显得尤为突出。
因此,如何采取科学的方法进行钢结构抗火保护设计,使钢结构的抗火设计做到更加经济、安全、有效,成为设计人员必须考虑的一个重要问题。
1钢结构耐火极限及破坏机理
钢结构的耐火极限是指构件在标准耐火试验中,从受到火的作用时起,到失去稳定性或完整性或绝热性止,这段抵抗火作用的时间。
耐火极限是划分建筑耐火等级的基础数据,也是进行建筑物防
火构造设计和火灾后制定建筑物修复方案的科学依据。
构件的耐火极限与其采用的材料性质、构造尺寸、保护层厚度以及构件的构法、支撑情况和受火方式等有密切的关系。
一般进行建筑防火设计时,先根据建筑物的使用功能、总楼层数等确定建筑物的耐火等级,再根据耐火等级确定各部位构件的耐火极限。
火灾产生的热量是以辐射和对流的形式传给结构构件的。
当钢材表面受到火烧时,表面温度高,内部温度低。
根据傅里叶定律,热流强度q与温度梯度成正比,即q=-(/dx,也就是说,当构件表面受热时,由于导热系数较大,热量可很快传到内部,因而温度梯度dt/dx很小,加之钢构件截面多为薄壁状,表面温度和内部温度相差无几。
因此,可以认为构件内部温度均匀分布,即使构件是非燃烧材料,由于钢材导热性好,局部或表面遭受火灾作用时,将迅速引起整个结构或构件温度急剧升高,构件产生膨胀且强度降低,导致构件降低或完全丧失承载能力。
钢结构在高温下还会产生很大的塑性变形,形成局部破坏,最终造成钢结构建筑整体倒塌。
2钢结构抗火设计的要求
对结构抗火设计的基本要求是使结构或结构构件的耐火时间不能低于一定的数值,即在小于该数值的范围内结构不被破坏,使其抗火性能满足建筑对构件耐火极限的要求,具体应满足下列三个条件之一:
2.1 在规定的结构耐火时间内,结构的承载力rd不应小于各种作用所产生的组合效应sm,即rd≥sm。
2.2 在各种荷载效应组合下,结构的耐火时间td不应小于规定的结构耐火时间tm,即td≥tm。
2.3 在火灾状况下,当结构内部均匀时,若取结构达到承载极限状态时的内部温度为临界温度td,则td 应不小于在规定的耐火时间内结构的最高温度tm,即td≥tm。
在进行钢结构构件抗火承载力验算时,可按rd≥sm要求验算。
3 钢结构抗火计算设计
鉴于建筑火灾发生的频繁性和它对钢结构造成危害的严重性,国际上很早就开始重视钢结构的抗火安全。
一般传统的钢结构抗火设计采用耐火试验法,该方法是通过对不同构件(梁、柱)在规定荷载分布和标准升温条件下迸行耐火试验,确定在采取不同防火措施后构件的耐火时间。
由于无法考虑荷载分布与大小、构件端部约束状态的影响,以及难以准确反映构件受力或在结构中产生的温度应力等,此法有很大的缺陷。
因此,该方法当前已逐步被现代钢结构抗火设计的计算法所代替。
基于计算钢结构抗火设计方法,是以高温下构件的承载力极限状态为耐火极限判断,考虑温度内力的影响。
其计算过程如下:
3.1采用确定的防火措施,设定一定的防火被覆厚度。
3.2 计算构件在确定防火措施和耐火极限条件下的内部温度。
3.3 确定高温下钢材料参数,计算结构中该构件在外荷载和温度作用下的内力。
3.4 进行荷载效应组合:
s=+++
其中,s为荷载组合效应;g为永久荷载标准值;q提为楼面或屋面活荷载标准值(不考虑屋面雪荷载);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);为永久荷载分项系数,取1.0。
为楼面或屋面活荷载分项系数,取0.7;为风载分项系数,取0或0.3; 为温度效应的分项系数,取1.0;,分别为永久荷载、楼面或屋面活载、风载、温度变化的效应系数。
3.5 根据构件和受载的类型,进行构件抗火承载力极限状态验算。
验算要求:s≤r。
其中,r为按温度条件下构件的极限承载力。
3.6 当设定的防火被覆厚度不合适时(过小或过大),可调整防火被覆厚度,重复上述步骤。
4 钢结构防火构造措施设计
结构构件的防火构造是指常温状态下结构构件的防火处理措施,是在建筑防火设计满足规范要求的情况下,结构设计人员所采取的防火构造措施。
主要从两方面来提高结构构件的耐火性能:通过选择建筑材料和构造提高结构本身的耐火能力;通过采取阻燃和隔燃措施提高耐火能力。
4.1 建筑材料的运用和构造要求:选择稳定性好的钢种;截面形状与尺寸适当,截面周长与截面面积之比较大者,截面接受热量多,耐火性差;加强保护受力状态不好的部位;在钢梁、钢屋架下做耐火吊顶,可以使钢梁的升温大为减缓。
4.2 在钢结构表面做耐火保护层:用现浇混凝土做防火保护层;
用砂浆或灰胶泥做耐火保护层;用矿物纤维做耐火保护层;用防火板材做耐火保护层。
4.3 根据安全可靠、技术先进、经济合理的原则,对于不同规格和不同耐火极限要求的构件,选用最佳的防火涂料和喷涂不同的涂层厚度。
5工程实例
下面,笔者结合工程实例,通过计算的构件抗火设计方法,对轻钢结构厂房梁构件进行抗火设计探讨与分析。
5.1工程概况
某轻钢结构厂房涂装车间,梁构件采用焊接h型钢,q345(h1000×220×6×10),无侧向支撑,l=13.2 m,表面积为2.868 m 2/ m,体积v=10.28×10-3m 3/ m,设平梁底的非燃烧材料吊顶,保证火灾下梁的受热体积f=0.22 m 2/ m,mmax=659.0kn·m,沿梁强轴方向,作用于梁上翼缘,绕强轴抵抗矩w=3097.485cm3,常温时,=100,梁表面刷防火涂料,其导热率=0.093w/m·℃,建筑所需耐火时间t=1.5h,求所需保护层厚度。
5.2 梁的临界温度
先令==1.0,由于>0.6,
则=1.07-=0.788
由于==0.6863,
则==0.8709
代入式:=1+,得ts1=210℃
由:
得:=1.150+0.154sin()=1.14
则:
由:=1.07-1.0
得:=0.8244,==0.8325
代入式:=1+
得:ts2=250℃
经迭代4次后收敛,得ts=259℃
5.3 保护层厚度
由式ts=(-0.2)t+20求b:
b=2.0[(+0.2)2-0.044]=313.25
由式b=求d:
d===6.35mm.
以上仅在轻钢结构梁构件抗火设计应用方面进行了一些探讨与分析,同时也进行了模拟抗火试验验证。
试验结果表明,采用此方法效果较为理想。
参考文献:
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