關于鋼結構抗火設計的分析

卞永國 劉偉(海工英派爾工程有限公司， 山東 青島 266101)

關于鋼結構抗火設計的分析

卞永國 劉偉(海工英派爾工程有限公司， 山東 青島 266101)

鋼結構在建筑行業中被廣泛的應用，盡管鋼材結構強度高，但是其抗火性較差，所以當建筑內部發生火災事故時，其強度會隨著溫度的上升而不斷降低，因此，鋼結構抗火設計是目前急需解決的問題。本文針對鋼結構抗火設計方法進行分析，僅供參考。

鋼結構；抗火；設計方法

建筑防火能力始終都是建筑設計最關注的話題，在現代建筑中鋼結構的設計較多，盡管其結構強度良好，然而抗火性能卻很差。鋼結構在火災高溫中會失去固有強度，導致建筑坍塌，造成人員傷亡以及財產的損失。

1 鋼結構的應用現狀

(1)建筑結構 由于鋼結構自身材質強度高，在建筑業得到廣泛的應用，在承載重力方面具有很好的保證，另外其自身重量較輕，且擴展性強，不會占用過多的空間，便于實現建筑的多層結構，所以深受建筑行業的青睞。

(2)道路橋梁結構 為了能夠更好的固定路基，大多采用鋼結構來對路基的兩側進行有效的固定，保持路基形態不會因為外界的破壞而產生大面積的破壞[1]。橋梁也是運用了鋼結構高強度和擴展性強的特性，可根據橋梁的實際長度、寬度進行相應設計，將鋼結構進行點對點的拼裝和焊接后實現一定跨度的橋梁。

2 影響鋼結構的主要因素分析

鋼結構的強度會隨著溫度的上升而下降，當鋼結構的強度到達最低點時，鋼結構就不再具有強度。即溫度達到250℃時，鋼材強度就會開始下降，達到600℃時，已經是鋼結構的強度最低點，若超過當前溫度，鋼結構就會失去本身固有強度，也就是抗火性能的喪失。另外鋼結構還具有熱脹冷縮的特性，一旦產生高溫，就會產生變形，這種變形會隨著溫度持續的時間而增加變形的程度。

3 鋼結構抗火設計方法

(1)基于實驗的結構抗火設計方法 基于實驗的結構抗火設計方法相對較為傳統，即通過實驗來選擇不同的防火措施。該實驗主要通過針對實際的鋼結構構件在進行特定的承載力度以及溫度下進行的實驗，了解其在特定的承載力度以及不同溫度下的結構變化，并根據鋼結構的不同狀態采取相應的措施。通過這種方式能夠直觀的了解到鋼結構的構件在不同的力度下結構變化的程度不大，與之相反的，則是在不同的溫度下，鋼結構構件的變化卻頗為明顯。

(2)基于計算的抗火設計 基于結構的抗火設計實驗存在著不穩定的特點，這種實驗并不具有代表性意義。目前應用較多的為基于計算的抗火設計，這種抗火設計方法利用結構分析以及熱傳導的相關理論來對構件的負載以及抗火度進行計算，能夠實現抗火設計的數據化，也能夠為構件承載力度的分配以及抗火設計提供有效的數據[2]。

①防火措施以及覆蓋度。首先要確定防火的相關措施以及當前措施的覆蓋程度，努力做到防火措施能夠對構件進行全方位的覆蓋。②內部溫度計算。在進行了防火措施后，接下來是進行內部溫度的計算。通過設置鋼結構升溫的微分方程，再進行鋼構件對外界傳入熱量的吸收值進行計算，最后再對微分方程進行求解，能夠得出鋼結構構件在不同時間下的溫度變化。③鋼結構的性能參數。通過對溫度和承載力度的計算能夠得出鋼結構構件在被兩者同時作用下所存在的內力，從而能夠得出鋼結構構件的最大強度以及抗火性能極限。④對鋼結構構件進行高溫承載計算。通過計算可以得出鋼結構構件在高溫的情況下的承載力度是否還會與普通溫度下的承載力度相同，最終計算結果也就是基于計算的抗火設計方法的最終結果。

4 鋼結構建筑防火保護措施

(1)主動式防火 首先要注重耐火性能，鋼結構大多在建筑內部應用，所以對于建筑的耐火性能要有效提高，保證建筑具有較高的耐火性。其次要根據建筑的實際情況注重防火區域的劃分。良好的防火區域的劃分有助于實現防火通道、滅火器、報警器等防火器材的有效分配，便于發生火災時能夠及時滅火施救。在建筑內部要設置良好的排煙系統，減少因為濃煙造成的窒息死亡。最后是火災檢測系統的有效應用，能夠及時的感知建筑內所產生的溫度、煙霧以及火焰，并作出有效的預警，防患于未然。

(2)被動式防火 ①隔離法。隔離法也就是將鋼結構通過一些方式設置相應的隔離層，使得溫度和火焰都無法對鋼結構產生影響。目前我國建筑行業中應用較多，首先是在鋼結構與實際建筑間設置加密層，將鋼結構進行隔離，優點是隔離效果好，安全性高，但是目前這種隔離層的成本較高還沒有得到廣泛應用[3]。其次是采用噴涂的方式在鋼結構表面噴涂上防火材料，以起到防火的作用。目前還沒有相應的技術規范，缺陷較多。最后是對鋼結構外包裹硬硅鈣板，這種方式成本低、施工方便，防火效果好，高溫隔離時間長達40小時以上，且能承受1000℃以上的高溫。②疏導法。疏導法就是根據鋼結構建立疏導管道，通過疏導管道在鋼結構的外表層形成水網，當火災發生時鋼結構產生的熱量會傳遞到水網，從而分散熱量，水網產生的熱量會在疏導管道的排氣口進行及時排出，能夠有效的實現對鋼結構的保護。

5 結語

提高鋼結構的抗火性能是當務之急。在實際的鋼結構抗火設計中，要根據建筑的實際結構特點來進行設計，采取合理的設計理念、優質的材料進行有效的搭配，從根本上提升鋼結構的抗火能力，為人們的生命財產安全提供重要保障。

[1]羅永峰,任楚超,強旭紅.高強鋼結構抗火研究進展[N].天津大學學報(自然科學與工程技術版),2016,S1：104-121.

[2]秦彬濤.鋼結構防火設計的研究現狀及發展趨勢[J].科技創新與應用,2012,18：174.

[3]盧文清,李振華.由典型火災論鋼結構建筑防火與抗火設計[J].山西建筑,2015,23：19-20.