鋼結構防火設計淺析

陳兵波

武漢煉化工程設計有限責任公司 湖北武漢 430000

當前我國建筑工程項目正在向著高層化和超高層化方向發(fā)展，這些建筑多選擇鋼結構。鋼結構本身具有高強度和抗震性能優(yōu)的特點，結構自重小，施工周期短，因此鋼結構住宅的開發(fā)屬于當前建筑行業(yè)發(fā)展的熱點。鋼結構住宅、體育館、展覽館等公共場所的可燃物種類和數(shù)量也逐漸增多，因此對鋼結構建筑防火設計要引起足夠的重視。鋼結構本身的防火性能相對較差，導熱系數(shù)大，在450～650℃高溫環(huán)境下幾乎失去承載能力，將產(chǎn)生嚴重的變形而釀成嚴重的后果。如果鋼結構建筑本身缺乏各項防火保護措施，火災發(fā)生后鋼結構建筑非常容易由于溫度過高等發(fā)生倒塌或者變形，因此在發(fā)揮鋼結構良好力學性能的同時必須要做好防火設計，本文就此展開了研究分析。

1 鋼結構建筑火災危險性分析

鋼結構耐火性能差的特征導致其應用受到一定限制。當有火災等情況出現(xiàn)時，鋼結構本身不會發(fā)生自燃，但是受到高溫灼燒等因素影響，其性能嚴重下降，導致鋼結構本身失去承載能力而變形，很大程度上增加了救援工作的難度。相關研究表明，如果鋼結構建筑未做好防火設計，其支撐時間將不會超過20min，給初期滅火就造成很大的困難，另外火災時也伴生大量熱量和有毒有害的煙霧，影響滅火救援的展開。

2 高溫條件下鋼結構力學性能分析

鋼結構建筑的承載骨架主體是鋼材，鋼材本身屬于不可燃材料，但是在高溫環(huán)境下，隨著溫度的升高，鋼結構整體力學性能會發(fā)生大幅度下降，彈性模量、抗壓強度以及屈服強度等明顯降低。有研究表明，如果溫度超過150℃，想要使鋼結構建筑穩(wěn)定性繼續(xù)得到保證，必須要給予針對性的防護措施。溫度在250～300℃時，鋼結構強度會迅速下降，溫度在350℃時，鋼結構屈服強度下降超過1倍，溫度在500℃時，鋼結構將喪失原有強度和剛度。一般火災現(xiàn)場溫度往往在700℃以上，鋼材的力學性能會發(fā)生非常大改變，甚至出現(xiàn)倒塌等問題。

3 鋼結構建筑防火基本性能要求

3.1 有良好絕熱性能

鋼結構往往作為建筑鋼柱和鋼梁使用，根據(jù)一級防火要求，鋼柱耐火極限大約在3h左右，鋼梁的耐火極限在2h左右。按照二級防火要求，鋼柱和鋼梁的耐火極限會有一定的縮短，鋼結構在表面長時間受到超過200℃溫度輻射熱，或者短時間內承受高溫火焰時，必須要給予針對性的防護措施，使鋼結構使用過程中的安全可靠性得到保證。

3.2 有良好環(huán)保性能

當前建筑工程項目室內施工中的空氣污染已經(jīng)成為影響公眾健康的一項主要因素，因此鋼結構建筑的防火材料及作法還應具有非常好的環(huán)保性能，這一要求落實在鋼結構施工以及使用等過程中，嚴禁產(chǎn)生對人體有害的氣體及其他物質。鋼結構建筑使用過程中一旦發(fā)生火災，防火材料內部阻燃成分受到高溫等因素影響，將容易產(chǎn)生有毒有害氣體，對現(xiàn)場被困人員以及消防人員的生命安全造成嚴重威脅[1]。

4 鋼結構建筑防火設計

4.1 鋼結構建筑防火設計基本思路

不同形式及功能分區(qū)的鋼結構建筑，在設計前需要結合建筑圖紙以及《建筑防火設計規(guī)范》的要求相結合，針對性的明確建筑耐火等級，之后對所設計項目耐火穩(wěn)定性、隔熱性等性能展開綜合分析，明確建筑耐火極限。

當前鋼結構建筑在廠房、展廳、商超、航站樓等大跨度空間中有著非常廣泛的應用，這些建、構筑物的鋼結構以薄層結構和圓柱等為主，其截面面積相對較大，受到這一因素影響，當有火災等情況出現(xiàn)時，結構受熱面積大，吸收熱量高，鋼結構的穩(wěn)定性和承載能力會在火災出現(xiàn)后較短時間內急劇下降[2]。

4.2 現(xiàn)代鋼結構防火設計標準

以計算為基礎的防火設計在實際應用中具有非常明顯的優(yōu)勢，能夠從實際情況出發(fā)展開耐火設計。在具體設計中：第一，明確各類構件表面的防火被覆厚度；第二，明確處于耐火極限下的構件內部溫度；第三，根據(jù)現(xiàn)有高溫條件下鋼材料的力學性能參數(shù)，明確結構溫度作用以及外荷載作用下的內力情況；第四，展開荷載組合；第五，結合構件以及受載類型等方面情況對構件在耐火承載力極限狀態(tài)進行驗算；第六，如果防火被覆厚度計算存在問題，那么還需要對其重新進行調整和優(yōu)化，直至滿足規(guī)范要求。

4.3 根據(jù)建筑重要性合理選擇鋼結構建筑耐火等級

不同鋼結構建筑的用途各不相同，其火災危險性也會存在一定的差異。鋼結構建筑防火設計中必須要與我國建筑防火規(guī)范相結合，綜合多個方面因素分析考慮。根據(jù)國家一些強制性的規(guī)定和建筑重要性等級，對鋼結構建筑的火災危險性類別進行合理的劃分，之后結合分類明確鋼結構建筑防火設計所需要達到的防火等級。

4.4 報警系統(tǒng)和滅火裝置

以往的報警設備感溫探測器探測高度在8m以下，感煙探測器的探測高度在12m以下。鋼結構建筑空間構造相對較大，在固定房間報警系統(tǒng)設計方面可采取一般探測器，針對展區(qū)等較大空間，報警系統(tǒng)可選擇雙波段火焰探測器等設備，同時搭配自動水炮系統(tǒng)使用。在滅火裝置方面，自動報警滅火系統(tǒng)在建筑防火方面發(fā)揮了重要價值，其應用非常廣泛，主要是利用加壓設備將水送入管帶噴頭，噴頭收到控制信號后自動啟動灑水滅火，實現(xiàn)對火災蔓延的有效控制。高層建筑在防火方面需要以自防自救為主，適當增大室內消防用水量[3]。

5 結語

當前人類的活動對鋼結構建筑防火方面要求越來越高，想要實現(xiàn)對現(xiàn)有建筑防火規(guī)范的完善，明確建筑在火災下的安全性能，使鋼結構耐火設計方法得到優(yōu)化，每一個建筑防火研究人員都需要在實踐中不斷研究探索。鋼結構建筑設計人員在具體設計過程中需要與建筑實際情況相結合，從材料耐火性、耐高溫性和耐腐蝕性等方面綜合分析考慮，提高鋼結構建筑防火設計合理性，使建筑內人員生命和財產(chǎn)安全得到保證。