0 引言

鋼結構通常是指通過熱軋、冷彎或者焊接的鋼材連接起來,以達到承受和傳遞負荷的結構形式.鋼結構體系以其獨有的安裝快捷、抗震性好、施工周期短以及生產自動化等優點,廣受建筑行業的青睞.在全球范圍內,鋼結構建筑已經得到了廣泛的應用.然而,鋼材雖然為非燃燒材料,但是鋼材不耐火,溫度達到500 ℃ 時,鋼材的屈服強度將下降至正常狀態下的一半,一旦其溫度達到 600 ℃,鋼材的大部分強度和剛度都會喪失,給人們的生命及財產安全帶來極大的損失.例如: 1993 年在我國福建省泉州市的一座鋼結構冷庫中,曾經發生火災,直接導致了近 3 600 m2的庫房坍塌; 而眾所周知的 2001 年"9·11"恐怖襲擊案件中,世界貿易組織大廈110 層鋼結構大樓也引起坍塌.圖1 則為美國世貿中心火災.故而,為了能夠最大限度地保護國家和人民生命財產安全,切實做好鋼結構建筑的防火工作時不我待.本文針對此,分析當前我國國內鋼結構面臨的現狀,以及我國傳統的鋼結構防火設計,進而提出鋼結構條件下的防火策略,以供業界同仁共同研究.

1 我國鋼結構建筑的現狀及面臨的危機

1. 1 我國鋼結構建筑的現狀

當前,世界范圍內,工業發達國家的建筑用材大多為鋼結構,其建設用鋼量基本占到全國鋼產量的 1/3 以上.我國鋼結構建筑從整體上看處于快速增長的趨勢,但比起發達國家來說還是有一定的滯后.究其原因,可以認為有兩點: 其一是經濟的原因,其二是傳統建筑的影響.而對于建筑而言,我們不僅僅要考慮各個建筑結構形式的造價問題,也要考慮各個結構的優勢所在,最終得到一個綜合的經濟效益觀.鋼結構的建筑與混凝土結構的建筑相比,其綜合造價差價比例很小,一般只是整個工程投資的3% ~ 5% .而考慮到鋼結構工程的施工速度快、工期短以及抗震性好的原因,鋼結構與混凝土相比要略勝一籌,更具有綜合經濟效益.我國國內的鋼結構建筑的主體地位已經越來越明確.

1. 2 我國鋼結構建筑面臨的危機

盡管我國鋼結構產業已經取得了可喜的進步,但是其發展的力度遠遠不夠.而與發展接踵而至的則是突出的安全問題.正如前邊所述,鋼的耐火性差.在火燒 15 min 左右,既會使得構件如同面條一樣脫落,又使得局部結構遭到破壞.隨之而來的可能是整體的結構遭受破壞,給人們生命財產帶來重大災難.我國鋼結構建筑面臨的這種危機已經迫在眉睫,如何才能有效的保護鋼結構建筑,使之免受火災之痛,是非常值得探討的大問題.為此要做好建筑的防火設計.

2 鋼結構條件下建筑的防火設計

2. 1確定鋼結構建筑的防火等級.

建筑物的耐火等級是對建筑物進行防火設計的重要依據之一.長久以來,建筑物的防火問題是工程師考慮的首要問題.而最重要的基礎防火設施必須要妥善處理: 建筑的防火分隔、建筑的避難層設置、安全出口的設置.而鋼結構建筑的構件在火災中如若遭到破壞,則會嚴重影響到人員的安全.為此,我國規定了各類建筑結構構件的安全等級.耐火等級定得偏高,則施工的成本加大,造成不必要的浪費; 定得偏低,則消防安全會受影響.因此,要合理確定鋼結構建筑物的耐火等級.

2. 2 設計時要做到以人為本

對于鋼結構建筑物,無論其設計的多么完善,在發生火災時還會出現意想不到的問題,因而,在這種百密一疏的情況下,必須要充分考慮到人員的疏散問題,做到以人為本.在設計人員疏散時,務必要將鋼結構建筑的特點和人員密度指標綜合起來考慮.

在此基礎上,務必加強對安全疏散路線、疏散寬度和疏散距離的設計要求.一旦發生火災,在鋼結構構件達到耐火安全極限的時間里,能夠有效的疏散建筑物中的人員,使人們安全脫離火災,避免群死群傷火災事故的發生.當然,除了發生火災時人員的安全疏散,在平時也必須切實制定好消防安全管理制度,要適時檢查火災自動報警系統和自動化滅火裝置是否完好有效,消防監督檢查是否到位,切不可因一時大意疏忽釀成悲劇.

3 鋼結構條件下的建筑防火策略

鋼結構條件下的建筑防火有著重大意義.第一,鋼結構的防火保護目的是盡可能的延長鋼結構達到臨界溫度的時間,以爭取一切的時間救人; 第二,避免鋼結構在整體結構坍塌時造成人員傷亡; 第三,減少鋼結構在火災后的修復成本,使得修復周期縮短,減少造成的直接和間接經濟損失.

主要有如下幾種方法.

3. 1 截流法

截流法主要包括三種具體方法:

1\\) 噴涂法,即是利用噴涂機直接將防火涂料噴在構件表面,以形成保護層來隔斷火源.這種方法的適用范圍相當廣泛,可以適用于任何構件.

2\\) 包覆法,即在構件的外層覆蓋澆筑混凝土或者耐火磚,將鋼構件完全封閉,從而避免與火焰直接接觸,從而延長溫度的上升時間,保護鋼結構建筑.這種方法施工簡單,但是會影響建筑物美觀,并且要求具有一定的空間.

3\\) 屏蔽法,即把鋼結構包藏在耐火材料組成的墻體或者吊頂內,火災時同樣延緩了升溫時間,并且這種方法能夠增加室內的美觀.需要注意的是,在做吊頂和墻體時一定要注意接縫和空洞.一旦出現要及時封閉,以免發生火災時火苗竄入,引起鋼構件受損.

3. 2 疏導法

截流法的目的是設法將鋼構件與外界火源隔離.而疏導法的原理截然不同,其允許熱量傳到構件上,然后設法將熱量從其他地方傳遞出去或者消耗掉.這樣也可以達到使構件溫度不高于臨界溫度的目的,從而保護鋼結構.疏導法目前主要是冷卻水保護這一方法.具體操作是: 在建筑的空心封閉截面中注水,發生火災時能夠使得鋼構件把吸收火場里的溫度可以及時傳遞給水,同時依靠水的蒸發和水的循環將熱量導出去.這樣構件的溫度則會最多維持在 100 ℃左右.其實,從理論上來講,這是保護鋼結構最為有效的辦法.在發生火災時,系統相當于盛滿了水的加熱容器,像開水爐一樣工作.根據水的比熱和汽化熱比較大,發生火災時構件吸收的熱量會源源不斷的被消耗和排出去.需要注意的是,要保障有充足的水源和足夠的水位.當然,冷卻水的供給可以由高位水箱或者地下水,甚至是消防車來補給,水蒸氣則由排氣口排出.當水柱的位置過高時,可以將冷卻水系統分為多個循環系統來冷卻,以防止柱底的溫度過高.同時,為了防止管柱的銹蝕和水的結冰,還可以向其中定期加入阻銹劑和防凍劑等.

3. 3 涂防火涂料法

實際上,涂防火涂料的方法與第一種方法類似,都是以隔斷鋼結構和火源為目的的.只不過覆蓋法是利用混凝土或者耐火磚作為隔絕物,而此種方法則是用防火涂料作為隔絕物.當然,業界公認涂防火涂料法是最為有效的措施之一.鋼結構的涂料一般可按照所作用的基料不同分為有機防火涂料和無機防火涂料兩種.而按照涂層的不同又可以分為超薄型、薄涂型和厚涂型三種.例如: 上海希爾頓賓館中采用的防火涂料為蜓石板.其最高使用溫度約為850 ℃,石膏板的最高使用溫度600 ℃,纖維增強普通硅酸鈣板的使用溫度為 650 ℃ ~950 ℃.北京的國際貿易中心大廈使用的防火涂料則是一種膨脹型涂料,這種涂料在高溫下能夠膨脹至 50 倍,有的甚至能達到 200 倍,從而有效的阻隔了熱量的傳導.這也值得許多高層建筑防火單位借鑒.

4 結語

國內外針對鋼結構條件下的建筑防火策略已經研究頗久.隨著我國經濟和社會的發展,鋼結構建筑也漸漸成為業界主流.

相應的國內關于這些領域的研究也頗有建樹.本文通過總結目前我國鋼結構建筑的防火設計,進而提出鋼結構條件下的建筑防火策略,具有實際的參考價值.相信經過國內同仁關于此領域的不斷研究,會有更多的成果應用到實際工程中去.

參考文獻:

[1] 楊永新. 鋼結構建筑的防火保護措施探討[J]. 科技創新導報,2011\\( 29\\) :32.

[2] 馮 琳. 鋼結構建筑的防火問題淺析[J]. 科技風,2012\\( 10\\) :49.