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鋼結(jié)構(gòu)建筑存在問題及防火保護措施 |消防知識
發(fā)布日期：2016-07-27 11:06:14
1、引 言
鋼結(jié)構(gòu)作為現(xiàn)代建筑的一種主要形式，具有強度高、自重輕、抗震性能好、施工周期短、建筑工業(yè)化程度高、空間利用率大等優(yōu)點，為建筑的優(yōu)化設(shè)計提供了相當(dāng)大的空間，為企業(yè)節(jié)省了大量的投資，贏得了更多的利益。因此，近年來，鋼結(jié)構(gòu)建筑在業(yè)內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。然而，鋼結(jié)構(gòu)建筑耐火性能差的特點也非常明顯，筆者根據(jù)當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)使用廣泛的實際，分析了鋼結(jié)構(gòu)建筑在火災(zāi)防范中存在的缺陷，提出了鋼結(jié)構(gòu)建筑中一些防火措施，作為鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計和重大火災(zāi)隱患整改參考。
2、鋼結(jié)構(gòu)的運用現(xiàn)狀
近年來，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展帶來了建筑業(yè)的空前繁榮，一些大跨度、超高層建筑應(yīng)運而生。建筑物中運用鋼結(jié)構(gòu)種類越來越多，廠房、橋梁、住宅、工廠、倉庫、體育館、展覽館、超市等建筑也越來越廣泛運用輕鋼結(jié)構(gòu)。人類文化生活的不斷提高，對高層、大跨度建筑的要求也就越來越高，鋼結(jié)構(gòu)本身具備自重輕，強度高，施工快等獨特優(yōu)點，因此對高層、大跨度，尤其是超高層、超大跨度，采用鋼結(jié)構(gòu)是非常理想的的選擇。目前世界上最高、最大的建筑一般都是采用鋼結(jié)構(gòu)，而歷屆奧運會的場館也多采用鋼結(jié)構(gòu)，如：世界第三高度420米的上海金茂大廈，具有國際領(lǐng)先水平的深圳賽格大廈72層、高度291米全部采用鋼管混凝土柱，采用國產(chǎn)鋼材、國內(nèi)設(shè)計、施工的大連世貿(mào)中心，跨度216米的公路鐵路兩用低塔斜拉橋——蕪湖長江大橋，上海寶鋼大型軋鋼廠房等。隨著鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展，我國低層、多層及輕鋼結(jié)構(gòu)運用越來越廣泛，高層及超高層和大跨度鋼結(jié)構(gòu)也有了較大發(fā)展。
3、鋼結(jié)構(gòu)建筑存在的消防安全問題。
鋼結(jié)構(gòu)建筑的梁、柱、屋架是建筑的骨架，它的安全性直接關(guān)系到整幢建筑的安全，它們大都采用鋼材。與其存在的優(yōu)點相比較，鋼結(jié)構(gòu)也存在其自身缺點，鋼結(jié)構(gòu)建筑耐火極限低，保溫隔熱性能差，容易腐蝕等。國內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)建筑物的火災(zāi)案例都證明，發(fā)生火災(zāi)后20分鐘以內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)建筑物就會被燒垮，變成一片廢墟。1973年5月天津市體育館火災(zāi)，1969年12月上海文化廣場火災(zāi)，1972年8月北京二七機車車輛廠纖維板車間火災(zāi)，都曝露了鋼結(jié)構(gòu)耐火性能差的致命弱點。特別是美國“9.11”事件后，鋼結(jié)構(gòu)的一大致命缺陷即抗高溫軟化能力差的問題引起人們的普遍關(guān)注。
3.1 鋼結(jié)構(gòu)的耐火等級較差
鋼的內(nèi)部晶體組織對溫度非常敏感，溫度的升高或者降低都會使鋼材性能發(fā)生變化?？偟内厔菔请S著溫度的升高，鋼材強度降低，變形增大。根據(jù)鋼構(gòu)件耐火實驗得到鋼構(gòu)件的耐火極限為：
t=0.54(Ts-50)(F/V)-0.6
式中：t—耐火極限，min（分鐘）；
Ts—鋼構(gòu)件溫度，℃（攝氏度）；
F/V—構(gòu)件的截面系數(shù)，等于單位長度構(gòu)件的受火面積與其體積的比值，m-1。
耐火極限是指對任一建筑構(gòu)件按時間-溫度標(biāo)準(zhǔn)曲線進行耐火實驗，從受到火的作用時起，到失去支持能力或完整性被破壞或失去隔火作用時止的這段時間。因此，常用鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火極限只有15min—30min。我國20世紀(jì)90年代初對裸露鋼梁的耐火極限進行了驗證，確認(rèn)I36b、I40b標(biāo)準(zhǔn)工字鋼梁的耐火極限分別為15min、16min。
《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50016-2006中，將建筑物的耐火等級劃分為四級，劃分的依據(jù)是組成建筑物的構(gòu)件的燃燒性能和構(gòu)件最低的耐火極限。未經(jīng)防火保護的鋼結(jié)構(gòu)建筑物的耐火等級僅為四級，不能滿足火災(zāi)情況下對建筑防火的要求。鋼結(jié)構(gòu)適用的體育館、劇院等重要公共建筑，規(guī)范要求應(yīng)達(dá)到一、二級耐火等級；高層建筑，規(guī)范要求應(yīng)為一、二級耐火等級；而丙類的工業(yè)廠房，規(guī)范要求最低的耐火等級為三級。所以，鋼結(jié)構(gòu)建筑物必須對鋼結(jié)構(gòu)進行必要的防火保護，克服其材料實際應(yīng)用中耐火性能的不足，達(dá)到規(guī)范對相應(yīng)使用性質(zhì)和建筑規(guī)模建筑物的耐火等級要求。
3.2 鋼結(jié)構(gòu)遇高溫易變形，造成建筑物倒塌
鋼是含碳量小于2%的鐵碳合金，碳大于2%時則為鑄鐵，制造鋼結(jié)構(gòu)所用的材料由碳素結(jié)構(gòu)鋼中的低碳鋼及低合金鋼，碳素結(jié)構(gòu)鋼由純鐵、碳及雜質(zhì)元素組成，低合金結(jié)構(gòu)鋼中，除上述元素外還加入合金元素，后者總量通常不超過3%。碳是形成鋼材強度的主要成分，碳含量提高，則鋼材強度提高，但同時鋼材的塑性、韌性、冷彎性能、可焊性及抗銹蝕能力下降。含碳量小于0.25%的為低碳鋼，鋼結(jié)構(gòu)用鋼的碳含量一般不大于0.22%，鋼材雖然是不燃燒體，但就其自身耐火性能來講，遠(yuǎn)低于磚石和鋼筋混凝土，鋼結(jié)構(gòu)建筑具有耐火性能差這個致命弱點，在未進行防火保護的情況下，火災(zāi)時，其強度會迅速下降，約在150℃以內(nèi)鋼材性能沒有很大的變化，在430℃—540℃之間則強度急劇下降，600℃時強度很低不能承擔(dān)荷載。另外，250℃附近出現(xiàn)蘭脆現(xiàn)象，約260℃—320℃時有徐變現(xiàn)象。在自身溫度達(dá)到540℃左右時，鋼材的屈服應(yīng)力僅有常溫屈服應(yīng)力值的40%，使承載能力急劇下降，鋼結(jié)構(gòu)不可避免地發(fā)生變形，造成鋼結(jié)構(gòu)建筑物一部分或全部垮塌毀壞。一般火場溫度達(dá)到800℃—1000℃，在這樣高的溫度下，裸露的鋼結(jié)構(gòu)會很快出現(xiàn)塑性變形，產(chǎn)生局部破壞，造成鋼結(jié)構(gòu)建筑整體倒塌。
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