钢结构建筑物 有一个致命弱点: 防火性能差为了保证钢结构在火灾中长期保持强度和刚度,保障人民生命财产的安全,实际工程中采用了多种防火措施。
为什么不会燃烧的钢结构需要防火?
钢材是一种不会燃烧的建筑材料,与混凝土相比,钢材具有抗震、抗弯等诸多优点,因此在现代建筑中,钢结构被广泛采用,不仅相对增加了建筑的承载能力,而且也满足了建筑设计美观造型的需要,如各类单层或多层的厂房、摩天大楼、仓库、候车厅等一般都采用钢结构设计。
钢材虽然不会燃烧,但遇到高温也会变形,导致结构倒塌,作为建筑材料,钢材在防火方面存在一些不可避免的缺陷。
一般无保护钢结构的耐火极限为15分钟左右,通常在450~650C温度下就会丧失承载能力,产生很大的变形,导致钢柱、钢梁弯曲,甚至结构倒塌。
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钢结构防火措施
根据不同的防火原理,钢结构的防火措施分为耐热方法和水冷方法。
耐热方法
耐热法又可分为 喷雾法 和 封装方法.
喷涂方式
一般采用防火涂料涂覆或喷涂于钢材表面,形成耐火隔热的保护层,提高钢结构的耐火极限。
该方法施工简便,自重轻,耐火寿命长,且不受钢构件几何形状的限制,具有良好的经济性和实用性,被广泛采用。
钢结构防火涂料品种较多,大致分为两大类:一类是薄涂型 防火涂料(B型),即钢结构用膨胀型阻燃材料;另一类是 厚涂型涂料(H).
B级防火涂料, 涂层厚度一般为2-7mm.基材为有机树脂,具有一定的装饰效果,高温下膨胀增稠,耐火极限可达0.5~1.5h。
薄涂型钢结构防火涂料涂层薄、重量轻、抗震性好,对于室内外露钢结构及轻型屋面钢结构,当规定耐火极限为1.5h及以下时,应采用薄涂型钢结构防火涂料。
的厚度 H级防火涂料一般为8~50mm.颗粒状表面。主要成分为无机保温材料,密度小,导热系数低。
耐火极限可达0.5~3.0h。厚涂钢结构防火涂料一般不燃、耐老化,且耐久性较强。对于室内隐蔽钢结构、高层全钢结构、多层厂房钢结构,当规定耐火极限在1.5h以上时,应采用厚涂钢结构防火涂料。
封装方式
中空封装法:沿钢构件外边界用防火板或耐火砖包裹钢构件,国内石油化工行业钢结构厂房大多采用砌筑耐火砖的方法包裹钢构件,以保护钢结构。
此种方式的优点是强度高、耐冲击,缺点是占用空间大、施工较麻烦。用作防火外层的耐火轻质板如纤维增强水泥板、石膏板、蛭石板等。
装箱方法 大型钢构件 具有装饰表面平整光滑、成本低、损耗小、无环境污染、耐老化等优点,具有很好的推广前景。
固体封装法:一般采用浇注混凝土的方式,将钢构件包裹并完全封闭。优点是强度高,抗冲击,缺点是混凝土保护层占用空间大,施工麻烦,特别是在钢梁、斜撑上施工难度很大。
水冷方式
水冷方法包括 水淋冷却法 和 水冷方式.
水淋冷却方式
水喷雾降温方法是在钢结构上部布置自动或手动喷水系统,当发生火灾时,启动喷水灭火系统,在钢结构表面形成一层连续的水膜,当火焰蔓延到钢结构表面时,水蒸发带走热量,延缓钢结构建筑达到其极限温度。
水冷方式
充水冷却法是将空心钢构件内充满水,通过水在钢结构内的循环,吸收钢材本身的热量,使钢结构在火灾中能保持较低的温度,不会因过热而失去承载能力。为防止生锈和结冰,可在水中加入防锈剂和防冻剂。
总的来说,耐热法可以减缓热量通过耐热材料传导至结构构件的速度,耐热法较为经济实用,在实际工程中得到广泛的应用。
钢结构防火措施中喷涂法与封装法的优缺点
防火性能
从防火性能上来说,封装法要优于喷涂法,混凝土、耐火砖等封装材料的防火性能要优于普通防火涂料。
此外,新型防火板的耐火性能也优于防火涂料,其耐火等级明显高于同等厚度的钢结构防火保温材料,也高于膨胀型防火涂料。
耐久性验证
由于混凝土等封装材料具有良好的耐久性,随着时间的推移,性能不易发生劣化;而耐久性一直是钢结构防火涂料未能解决的难题。
基于有机组分的薄型、超薄型防火涂料,无论用于室外还是室内,都可能存在分解、降解、老化等问题。
可施工性
钢结构防火喷涂方法简单、易施工,不需要复杂的工具即可施工。
但喷涂法防火涂料施工质量较差,且基材的除锈、防火涂料的涂装厚度及施工环境的湿度等都不易控制;封装法施工较为复杂,特别是对斜撑、钢梁等,但施工可控性强,质量容易保证。
可以更精确地改变封装材料的厚度以控制耐火极限。
环保
喷涂法施工时对环境有污染,特别是在高温作用下会挥发有害气体;封装法在施工、正常使用环境及火灾高温下均无有毒排放,有利于环境保护及火灾时人员安全。
经济
喷涂法施工简单,工期短,施工成本低,但防火涂料价格较高,且由于涂层存在老化等缺点,导致维护费用相对较高。
封装方式施工成本较高,但所用材料便宜,维护费用低,总体来说封装方式较为经济。
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适用性
喷涂法不受构件几何形状限制,多用于梁、柱、楼板、屋盖等构件的防护,尤其适用于轻钢结构、网架结构、异型钢结构中的钢结构防火保护。
封装法施工复杂,尤其对于钢梁、斜撑等构件,封装法一般用于柱子,适用范围不如喷涂法广泛。
占用空间
喷涂法使用的防火涂料体积较小,而封装法使用的封装材料如混凝土、耐火砖等会占用空间,减少可使用的空间。而且封装材料的质量也较大。
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