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淺談應如何防止火災中大跨度鋼結構廠房的跨塌

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:26:20 [收藏]


    中國消防在線 | 時間： 2009-06-10 | 文章來源： 南通市消防支隊 | 作者： 錢海健
    隨著我國經濟建設的迅猛發展，企業生產倉儲用房日趨大型化，而鋼結構骨架建造的廠房，因具有質量輕、強度高，抗震性能好，施工周期短，建筑工業化程度高，空間利用率大，節省投資等優點，而被投資者大量應用。鋼材雖是一種不燃燒的材料，卻是熱的良導體，極易傳導熱量，在未進行防火處理的情況下，火災時強度會迅速下降，出現塑性變形，產生局部損壞，造成鋼結構整體倒塌失效。此類鋼結構建筑還存在空間大，火勢蔓延快，設備、人員密集，疏散困難等特點，一旦發生火災，常用的自動消防設施很難發揮預期作用，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。從建筑設計施工的初期階段采用合理的預防措施，以避免和減少鋼結構在火災中整體跨塌，就顯得尤為重要。

    一、鋼結構火災時的理化性能

    建筑用鋼（Q235、Q345鋼等）在全負荷的情況下失去靜態平衡穩定性的臨界溫度為540℃左右。鋼材的機械性能隨溫度的不同而有變化，當溫度升高時，鋼材的屈服強度，抗拉強度和彈性模量的總趨勢是降低的，但在150℃以下時變化不大。當溫度在250℃左右時，鋼材的抗拉強度反而有較大提高，但這時的相應伸長率較低、沖擊韌性變差，鋼材在此溫度范圍內破壞時常呈脆性破壞特征，稱為“藍脆”。如在“藍脆”溫度范圍內進行鋼材的機械加工，則易產生裂紋，故應力求避免。當溫度超過300℃時，鋼材的抗拉強度、屈服強度和彈性模量開始顯著下降，而伸長率開始顯著增大，鋼材產生徐變；當溫度超過400℃時，強度和彈性模量都急劇降低；到500℃左右，其強度下降到40％～50％，鋼材的力學性能，諸如屈服點、抗壓強度、彈性模量以及荷載能力等都迅速下降，低于建筑結構所要求的屈服強度。我國20世紀90年代初對裸露鋼梁的耐火極限進行了驗證，確認了I36b、I40b標準工字鋼梁的耐火極限分別為15min、16min（鋼梁內部達到臨界溫度：平均溫度538℃，最高溫度649℃）。因此，若用沒有防火保護的普通建筑用鋼作為建筑物承載的主體，一旦發生火災，則建筑物會迅速坍塌，對人民的生命和財產安全造成嚴重的損失。

    二、鋼結構廠房的防火措施

    通過對鋼結構火災時的理化性質數據查詢統計，解決好鋼結構抗高溫能力是預防和減少火災時大跨度建筑跨塌危險的有效途徑。解決好鋼結構的抗高溫能力，可以運用“此消彼長”的原理，從提高鋼結構耐火極限以和迅速降低火場溫度兩方面考慮。

    1、阻隔溫度，提高鋼結構耐火極限

    我國的鋼結構防火主要采用防火涂料、發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構上噴涂防火涂料以提高其耐火極限。目前，我國鋼結構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，在火災時能吸熱膨脹發泡，形成泡沫狀炭化隔熱層，從而阻止熱量向鋼結構傳遞，延緩鋼結構溫升，起到防火保護作用；厚型涂層厚度為8-50mm，涂層受熱不發泡，依靠其較低的導熱率來延緩鋼結構溫升，起到防火保護作用。兩者具有不同的性能特點，分別適用于不同場合：①室內裸露鋼結構、輕型屋蓋鋼結構及有裝飾要求的鋼結構，當規定耐火極限在1.5h及以下時，宜選用薄涂型鋼結構防火涂料。②室內隱蔽鋼結構、高層全鋼結構及多層廠房鋼結構，當規定其耐火極限在1.5h以上時，應選用厚涂型鋼結構防火涂料。

    ⑵發泡防火漆法

    防火漆是由成膜劑、阻燃劑、發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，能推遲火焰延燒到涂漆的可燃物上，具有一定的防火性能。據試驗：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分鐘后僅出現陰燃現象，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，連陰燃現象也未出現。由此可見，用防火漆涂于物體表面，一旦發生火災，的確能在定時間里阻止火勢蔓延，保護物體表面，從而為滅火戰爭取寶貴的時間。

    ⑶外包防火層法

    外包防火層法就是在鋼結構外表添加外包層，可以現澆成型，也可以采用噴涂法。現澆成型的實體混凝土外包層通常用鋼絲網或鋼筋來加強，以限制收縮裂縫，并保證外殼的強度。噴涂法可以在施工現場對鋼結構表面涂抹砂泵以形成保護層，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、輕混凝土做成預制板，采用膠粘劑、釘子、螺栓固定在鋼結構上。外包防火層法通常應用于鋼柱。

    隨著技術發展，用防火板作保護層技術越來越完善，應用越來越廣。防火板鋼結構防火保護主要用于耐火等級為一、二級的建筑物的鋼柱、梁、樓板和屋頂承重構件，設備的承重鋼框架、支架、裙座等鋼構件進行包覆和屏蔽，以阻隔火焰和熱量，降低鋼結構的升溫速率，將鋼結構的耐火極限由0．25h提升到設計規范規定的耐火極限。

    2、迅速排煙，降低火場溫度

    一般室內火災的自然發展過程大體分成三個主要階段，即：初期增長階段、充分發展階段及衰減階段。

    災發展的初期增長階段，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。當羽流受到房間頂棚的阻擋后，便在頂棚下方向四面擴散開來，形成了沿頂棚表面平行流動的較薄的熱煙氣層，達到了一定厚度時又會慢慢向室內中部擴展，不久就會在頂棚下方形成逐漸增厚的熱煙氣層。當火災達到充分發展階段，熱煙氣層的溫度與中心溫度相差無幾。

    如果室內有通向外部的開口（如門和窗），則當煙氣層的厚度低于開口的上沿高度時，煙氣便可由此流到室外。開口便起著向外排煙的作用。在建筑火災的發展過程中，煙氣的排放相當重要，煙氣排放速率的大小決定著煙氣層高度的變化情況。當排放速率大于煙氣的產生速率時，煙氣層的高度會逐漸升高，最終保持在對人沒有威脅的高度。

    在建筑防排煙工程中，常用的三種方式是：自然排煙、機械加壓送風防煙和機械排煙。自然排煙和機械排煙是控制煙氣下降的常用方法，在實際應用中多采用前者，與機械排煙相比自然排煙有其自身的優點。一是無大的動力設備，運行維修費用也少，且平時可兼作換氣用；二是在頂棚開設排煙口，自然排煙效果好。

    三、結論

    設計施工中對大跨度建筑鋼結構進行防火處理和在頂部結合采光、通風設置有效排出建筑內的高溫煙氣自然排煙窗可以有效的增強鋼結構的耐火極限，防止火災中鋼結構屋頂整體跨塌，有利于滅火救援、人員疏散、疏散物資財產和建筑結構安全。

    　　

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