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淺談應(yīng)如何防止火災(zāi)中大跨度鋼結(jié)構(gòu)廠房的跨塌

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:20 [收藏]


    中國(guó)消防在線 | 時(shí)間： 2009-06-10 | 文章來(lái)源： 南通市消防支隊(duì) | 作者： 錢海健
    隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展，企業(yè)生產(chǎn)倉(cāng)儲(chǔ)用房日趨大型化，而鋼結(jié)構(gòu)骨架建造的廠房，因具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高，抗震性能好，施工周期短，建筑工業(yè)化程度高，空間利用率大，節(jié)省投資等優(yōu)點(diǎn)，而被投資者大量應(yīng)用。鋼材雖是一種不燃燒的材料，卻是熱的良導(dǎo)體，極易傳導(dǎo)熱量，在未進(jìn)行防火處理的情況下，火災(zāi)時(shí)強(qiáng)度會(huì)迅速下降，出現(xiàn)塑性變形，產(chǎn)生局部損壞，造成鋼結(jié)構(gòu)整體倒塌失效。此類鋼結(jié)構(gòu)建筑還存在空間大，火勢(shì)蔓延快，設(shè)備、人員密集，疏散困難等特點(diǎn)，一旦發(fā)生火災(zāi)，常用的自動(dòng)消防設(shè)施很難發(fā)揮預(yù)期作用，人員疏散和滅火救援難度較大，有造成群死群傷的潛在危險(xiǎn)。從建筑設(shè)計(jì)施工的初期階段采用合理的預(yù)防措施，以避免和減少鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中整體跨塌，就顯得尤為重要。

    一、鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)時(shí)的理化性能

    建筑用鋼（Q235、Q345鋼等）在全負(fù)荷的情況下失去靜態(tài)平衡穩(wěn)定性的臨界溫度為540℃左右。鋼材的機(jī)械性能隨溫度的不同而有變化，當(dāng)溫度升高時(shí)，鋼材的屈服強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度和彈性模量的總趨勢(shì)是降低的，但在150℃以下時(shí)變化不大。當(dāng)溫度在250℃左右時(shí)，鋼材的抗拉強(qiáng)度反而有較大提高，但這時(shí)的相應(yīng)伸長(zhǎng)率較低、沖擊韌性變差，鋼材在此溫度范圍內(nèi)破壞時(shí)常呈脆性破壞特征，稱為“藍(lán)脆”。如在“藍(lán)脆”溫度范圍內(nèi)進(jìn)行鋼材的機(jī)械加工，則易產(chǎn)生裂紋，故應(yīng)力求避免。當(dāng)溫度超過(guò)300℃時(shí)，鋼材的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和彈性模量開(kāi)始顯著下降，而伸長(zhǎng)率開(kāi)始顯著增大，鋼材產(chǎn)生徐變；當(dāng)溫度超過(guò)400℃時(shí)，強(qiáng)度和彈性模量都急劇降低；到500℃左右，其強(qiáng)度下降到40％～50％，鋼材的力學(xué)性能，諸如屈服點(diǎn)、抗壓強(qiáng)度、彈性模量以及荷載能力等都迅速下降，低于建筑結(jié)構(gòu)所要求的屈服強(qiáng)度。我國(guó)20世紀(jì)90年代初對(duì)裸露鋼梁的耐火極限進(jìn)行了驗(yàn)證，確認(rèn)了I36b、I40b標(biāo)準(zhǔn)工字鋼梁的耐火極限分別為15min、16min（鋼梁內(nèi)部達(dá)到臨界溫度：平均溫度538℃，最高溫度649℃）。因此，若用沒(méi)有防火保護(hù)的普通建筑用鋼作為建筑物承載的主體，一旦發(fā)生火災(zāi)，則建筑物會(huì)迅速坍塌，對(duì)人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重的損失。

    二、鋼結(jié)構(gòu)廠房的防火措施

    通過(guò)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)時(shí)的理化性質(zhì)數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計(jì)，解決好鋼結(jié)構(gòu)抗高溫能力是預(yù)防和減少火災(zāi)時(shí)大跨度建筑跨塌危險(xiǎn)的有效途徑。解決好鋼結(jié)構(gòu)的抗高溫能力，可以運(yùn)用“此消彼長(zhǎng)”的原理，從提高鋼結(jié)構(gòu)耐火極限以和迅速降低火場(chǎng)溫度兩方面考慮。

    1、阻隔溫度，提高鋼結(jié)構(gòu)耐火極限

    我國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)防火主要采用防火涂料、發(fā)泡防火漆和外包防火層等方法。

    ⑴防火涂料法

    防火涂料法就是在鋼結(jié)構(gòu)上噴涂防火涂料以提高其耐火極限。目前，我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)防火涂料主要分為薄涂型和厚涂型兩類，即薄型（Ｂ類，包括超薄型）和厚型（Ｈ類）。薄型涂層厚度在7mm以下，在火災(zāi)時(shí)能吸熱膨脹發(fā)泡，形成泡沫狀炭化隔熱層，從而阻止熱量向鋼結(jié)構(gòu)傳遞，延緩鋼結(jié)構(gòu)溫升，起到防火保護(hù)作用；厚型涂層厚度為8-50mm，涂層受熱不發(fā)泡，依靠其較低的導(dǎo)熱率來(lái)延緩鋼結(jié)構(gòu)溫升，起到防火保護(hù)作用。兩者具有不同的性能特點(diǎn)，分別適用于不同場(chǎng)合：①室內(nèi)裸露鋼結(jié)構(gòu)、輕型屋蓋鋼結(jié)構(gòu)及有裝飾要求的鋼結(jié)構(gòu)，當(dāng)規(guī)定耐火極限在1.5h及以下時(shí)，宜選用薄涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。②室內(nèi)隱蔽鋼結(jié)構(gòu)、高層全鋼結(jié)構(gòu)及多層廠房鋼結(jié)構(gòu)，當(dāng)規(guī)定其耐火極限在1.5h以上時(shí)，應(yīng)選用厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。

    ⑵發(fā)泡防火漆法

    防火漆是由成膜劑、阻燃劑、發(fā)泡劑等多種材料制造而成的一種阻燃涂料。防火漆與一般油漆相比，在物理性能方面基本一樣，不同的是它干燥以后，漆膜本身不易燃燒，遇火時(shí)，能推遲火焰延燒到涂漆的可燃物上，具有一定的防火性能。據(jù)試驗(yàn)：將一般油漆與防火漆分別涂在木板上，干燥后，用同樣的火焰烘烤，涂一般油漆的木板，不到２分鐘就和油漆一道焦灼；而涂非膨脹惰氣型防火漆的木板，２分鐘后僅出現(xiàn)陰燃現(xiàn)象，靜置３０秒后立即熄滅；涂膨脹惰氣型防火漆的木板，即使烘烤１５分鐘，連陰燃現(xiàn)象也未出現(xiàn)。由此可見(jiàn)，用防火漆涂于物體表面，一旦發(fā)生火災(zāi)，的確能在定時(shí)間里阻止火勢(shì)蔓延，保護(hù)物體表面，從而為滅火戰(zhàn)爭(zhēng)取寶貴的時(shí)間。

    ⑶外包防火層法

    外包防火層法就是在鋼結(jié)構(gòu)外表添加外包層，可以現(xiàn)澆成型，也可以采用噴涂法?，F(xiàn)澆成型的實(shí)體混凝土外包層通常用鋼絲網(wǎng)或鋼筋來(lái)加強(qiáng)，以限制收縮裂縫，并保證外殼的強(qiáng)度。噴涂法可以在施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)表面涂抹砂泵以形成保護(hù)層，砂泵可以是石灰水泥或是石膏砂漿，也可以摻入珍珠巖或石棉。同時(shí)外包層也可以用珍珠巖、石棉、石膏或石棉水泥、輕混凝土做成預(yù)制板，采用膠粘劑、釘子、螺栓固定在鋼結(jié)構(gòu)上。外包防火層法通常應(yīng)用于鋼柱。

    隨著技術(shù)發(fā)展，用防火板作保護(hù)層技術(shù)越來(lái)越完善，應(yīng)用越來(lái)越廣。防火板鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)主要用于耐火等級(jí)為一、二級(jí)的建筑物的鋼柱、梁、樓板和屋頂承重構(gòu)件，設(shè)備的承重鋼框架、支架、裙座等鋼構(gòu)件進(jìn)行包覆和屏蔽，以阻隔火焰和熱量，降低鋼結(jié)構(gòu)的升溫速率，將鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限由0．25h提升到設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的耐火極限。

    2、迅速排煙，降低火場(chǎng)溫度

    一般室內(nèi)火災(zāi)的自然發(fā)展過(guò)程大體分成三個(gè)主要階段，即：初期增長(zhǎng)階段、充分發(fā)展階段及衰減階段。

    災(zāi)發(fā)展的初期增長(zhǎng)階段，隨著放出熱量迅速增多，在可燃物上方形成溫度較高、不斷上升的火羽流。當(dāng)羽流受到房間頂棚的阻擋后，便在頂棚下方向四面擴(kuò)散開(kāi)來(lái)，形成了沿頂棚表面平行流動(dòng)的較薄的熱煙氣層，達(dá)到了一定厚度時(shí)又會(huì)慢慢向室內(nèi)中部擴(kuò)展，不久就會(huì)在頂棚下方形成逐漸增厚的熱煙氣層。當(dāng)火災(zāi)達(dá)到充分發(fā)展階段，熱煙氣層的溫度與中心溫度相差無(wú)幾。

    如果室內(nèi)有通向外部的開(kāi)口（如門(mén)和窗），則當(dāng)煙氣層的厚度低于開(kāi)口的上沿高度時(shí)，煙氣便可由此流到室外。開(kāi)口便起著向外排煙的作用。在建筑火災(zāi)的發(fā)展過(guò)程中，煙氣的排放相當(dāng)重要，煙氣排放速率的大小決定著煙氣層高度的變化情況。當(dāng)排放速率大于煙氣的產(chǎn)生速率時(shí)，煙氣層的高度會(huì)逐漸升高，最終保持在對(duì)人沒(méi)有威脅的高度。

    在建筑防排煙工程中，常用的三種方式是：自然排煙、機(jī)械加壓送風(fēng)防煙和機(jī)械排煙。自然排煙和機(jī)械排煙是控制煙氣下降的常用方法，在實(shí)際應(yīng)用中多采用前者，與機(jī)械排煙相比自然排煙有其自身的優(yōu)點(diǎn)。一是無(wú)大的動(dòng)力設(shè)備，運(yùn)行維修費(fèi)用也少，且平時(shí)可兼作換氣用；二是在頂棚開(kāi)設(shè)排煙口，自然排煙效果好。

    三、結(jié)論

    設(shè)計(jì)施工中對(duì)大跨度建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防火處理和在頂部結(jié)合采光、通風(fēng)設(shè)置有效排出建筑內(nèi)的高溫?zé)煔庾匀慌艧煷翱梢杂行У脑鰪?qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限，防止火災(zāi)中鋼結(jié)構(gòu)屋頂整體跨塌，有利于滅火救援、人員疏散、疏散物資財(cái)產(chǎn)和建筑結(jié)構(gòu)安全。

    　　

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