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工程管理前沿【2019年第24期】

  • ID:271572
  • 浏览:10332
  • 学科:工程地质学
  • 更新时间:2020-05-28 13:33:16
  • 期刊: 工程管理前沿
内容简介
《工程管理前沿》杂志是由中国工程院主管,中国工程院、清华大学、高等教育出版社主办的建筑期刊。国际标准刊号:2095-7513,国内统一刊号:CN10-1205/N。《工程管理前沿》的办刊宗旨:依托建设领域高层权威信息背景,旨在做好政府领导决策的重要参谋;成为政策理论探讨的前沿阵地,积极探索和引导建设事业发展方向和改革实践;提供重大事件权威报道,深度阐释焦点话题,纵深调查热点事件,努力追求权威性、建设性、实用性和可读性风格;努力做大媒介传播平台,真诚为建设企事业单位服务,为中国建设事业和城市化发展服务,为广大读者开启一个探求知识的窗口。

钢结构设计中对建筑耐火性能的思考

2019/8/9 15:17:00 工程地质学 马子腾
资料简介

摘要:近年来,我国的建筑工程建设有了飞速的发展,在建筑工程中,钢结构是非常重要的一项内容。钢结构设计过程中需要进行各种荷载工况下的结构受力分析、稳定性设计。过程中结构专业往往对于建筑耐火性能的思考偏少,对钢结构抗火性能、防火保护措施及构造要求等相关内容不能准确把握,大多依照建筑或其他专业的设计说明给出参考建议。文章简要介绍钢结构耐火性能、保护措施及相关防火材料的特性,希望在钢结构设计过程中对建筑耐火性能的理解和把握有所帮助。

钢结构设计中对建筑耐火性能的思考

马子腾

山东中智建筑设计有限公司,山东 聊城 252000

摘要:近年来,我国的建筑工程建设有了飞速的发展,在建筑工程中,钢结构是非常重要的一项内容。钢结构设计过程中需要进行各种荷载工况下的结构受力分析、稳定性设计。过程中结构专业往往对于建筑耐火性能的思考偏少,对钢结构抗火性能、防火保护措施及构造要求等相关内容不能准确把握,大多依照建筑或其他专业的设计说明给出参考建议。文章简要介绍钢结构耐火性能、保护措施及相关防火材料的特性,希望在钢结构设计过程中对建筑耐火性能的理解和把握有所帮助。

关键词:钢结构;防火保护;防火涂料

引言

采用防火涂料对钢结构进行防火保护是经济、简便、有效的方法之一。如水性环境友好型室内超薄型钢结构防火涂料在遭受火灾时,会膨胀发泡,形成致密的防火材料,防止钢材的温度快速升高,能够大幅提高整个结构的耐热程度。

1耐火完整性检验用设备及方法

在进行耐火性能测试中,《建筑设计防火规范》明确规定其耐火完整性测试方法,是按照GB/T12513-2006《镶玻璃构件耐火试验方法》的要求进行,这与《防火窗》标准要求的检测方法一致。采用的检验试验设备为建筑构件垂直燃烧炉,满足GB/T9978《建筑构件耐火试验方法》中的相关规定,模拟试件受到实际火灾的火焰作用,全封闭燃气自动加热炉满足以下温升条件:T=345lg(8t+1)+20,式中t表示试验所进行的时间,单位为min,T表示升温到t时间时炉内平均温度,单位为℃。上述函数曲线为时间-温度标准曲线。

2建筑室内火灾的发展

对于一般建筑室内火灾而言,通常在开始阶段发生在某个房间的某个部位,由此再蔓延到相邻房间以及整个楼层,最终蔓延到整栋建筑。在火灾不受外界干预的情况下,室内火灾的发展过程大致上可分为三个阶段:1)初期增长阶段:本阶段也可称为轰燃前阶段,从室内出现明火算起。本阶段燃烧物质较少,仅在局部范围内发生,温度也仅表现为局部较高,室内不同区域温差较大,平均温度较低。2)充分发展阶段:室内的燃烧持续一定的时间之后,如果有足够的燃料存在,且保持一定的通风状态下,室内温度便会不断攀升,火场附近未燃烧的可燃物表面达到热解温度后开始分解释放可燃气体,一定时间和条件下便会发生室内温度的陡增现象,即发生轰燃,标志着室内火灾由初期增长阶段转变为充分发展阶段。之后,室内所有可燃物表面都将被引燃,室内温度急剧上升,可达800~1000℃,此阶段是室内火灾的最危险阶段。3)衰减阶段:在火灾充分发展的后期,由于室内可燃物数量的减少,燃烧速度逐渐降低,强度也随之减弱,温度逐步降低。一般当室内平均温度下降到峰值温度的80%时,即认为火灾进入衰减阶段。

3钢结构的防火保护措施

3.1截流法保护

截流法的原理就是截断或者阻止热量在构件间的传输,从而保障构件在规定的时间内温度的上升不超过预期规定。通常,我们在构件的表面设置一定厚度的保护材料,而这种材料具有导热系数小、热容较大的特性,因而在火灾发生后温度在通过这层材料向构件传递过程中得到了有效减缓,对钢构件有了很好的保护效果。实际应用中的截流法包括:1)喷涂法:包括防火涂料、无机纤维防火材料等。2)包封法:外包混凝土或砌体、防火板包覆等。3)水喷淋法:对于高大空间的钢构件采用自动喷水装置在火灾发生后有效喷水截流高温。

3.2包敷法

随着世界经济的不断发展,越来越多的国家开始重视钢结构耐火材料的研究。包敷法在使用过程当中具有成本低、施工效率高、不受自然环境的影响等优点,它的发展空间较大。我国在很早之前就已经对该方法进行了研究,如今该方法的耐火程度也能够达到比较高的要求,并且时效性显著,对提高整个钢结构防火涂料的发展具有十分重要的意义。

3.3疏导法保护

疏导法是源于对温度的有效疏散而形成的。火灾发生后,我们可以从有效消耗或转移高温能量方面做到对钢构件的有效保护。目前应用的疏导法包括:钢构件表层伴冷却装置、钢构件内部充循环水冷却等方法。此种方法原理简单且效果明显,所采用的装置基本上都与火灾自动报警系统相结合。目前无论从技术理论还是实际应用上都存在一定制约,尚处于不断改进提升阶段,应用前景还是值得期待的。

3.4进行耐火性试验

应当根据要求对将钢结构防火涂料进行耐火性试验,通过试验得到涂料耐火性能的准确数据。在实际应用中,要严格按照钢结构防火涂料的性能参数进行使用,避免结构安全事故给钢结构企业发展造成严重的影响。

4钢结构防火涂料的应用策略

4.1具有耐火完整性要求的建筑外窗的常见结构的主要部件

具有耐火完整性要求的建筑外窗的主要部件和普通建筑外窗类似,主要由玻璃、型材、隔热及密封材料、五金配件、辅助配件等组成。常见的玻璃结构多为中空玻璃,其中至少有一片防火玻璃,如5mm单片防火玻璃、6mm单片防火玻璃、夹胶防火玻璃(3+1+5)等,早期的结构中常见夹胶防火玻璃,但此类玻璃长期暴露在阳光下,容易产生发花、起雾的现象,截止到目前为止没有该类玻璃使用10年以上不影响透光率的案例,因此,该类结构的玻璃使用越来越少。该类玻璃在遇火后,胶片膨胀成炭层,阻隔热量的传递,起到隔热性能。隔热材料主要用于填充型材的空腔,增强型材的隔热性。主要分为膨胀型和非膨胀型两种,对于隔热型膨胀材料,如膨胀石墨,在遇热后膨胀10倍以上,形成的炭层将腔体充满,同时又有较强的粘结性能,在正压作用下保持强度,起到防火隔热的作用。

4.2选用原则

结合钢结构自身特点及耐火等级的要求,设计时应该合理的选用防火涂料的种类。注意以下要点:1)对于室内裸露的钢结构、轻型屋盖钢结构以及对装饰有要求的钢结构,当其要求的耐火极限小于1.5h,宜选用膨胀型的薄型或超薄型防火涂料。2)对于室内隐藏钢结构、高层钢结构及多层厂房钢结构,当其耐火极限在1.5h以上时,应选用非膨胀型的厚涂型防火涂料。3)对于露天钢结构,应选用适合户外的钢结构防火涂料,且应保证选用的涂料在工程实例中得到了1a以上的有效验证,涂层性能良好。4)防火涂料的选取还应配合钢结构防腐蚀、防锈涂料涂层的种类确定,保证复合涂层各自性能的有效发挥和相容。

4.3加强防火涂料的管理

为了保护钢结构的防火性能,可以选择更加优良的防火涂料。根据实际情况选择最优涂料,保证防火材料既能够满足需求又能够达到防滑的功能,在具体使用过程中也要加强安全防护措施,对建筑物进行有效防护。

结语

综上所述,建筑耐火性能设计是钢结构设计不可缺少的部分,结构设计文件中应明确清晰的描述各部位钢构件的防火设计要求。作为结构设计人员,应该准确掌握钢结构耐火性能、保护措施及方法,熟悉各种类型防火涂料的应用条件和施工要求。如何提高工程设计质量,保证工程施工顺利进行,需要设计人员对规范相关规定做到深入理解和思考,在充分按照标准的设计要求前提下做到更加合理和高效。

参考文献

[1]GB50016-2014建筑设计防火规范[S].北京:中国计划出版社,2014.

[2]GB16809-2008防火窗[S].北京:中国标准出版社,2008.

[3]聂来聪,周扬,苏海通,杨光辉.耐火窗的性能及存在的问题与建议[J].新型建筑材料,2018(10).

[4]郭亚飞.钢结构防火涂料施工质量控制的探讨[J].山西建筑,2017(31):199-200.