钢结构防火保护措施

第十章钢结构防火保护措施第一节提高钢结构抗火性能的主要方法一般不加保护的钢构件耐火极限仅为10～20分钟。为提高钢结构的抗火性能，多数情况下，需采取防火保护措施，使钢构件达到规定的耐火极限要求。提高钢结构抗火性能的主要方法有：(1)水冷却法(2)单面屏蔽法(3)浇铸混凝土或砌筑耐火砖(4)采用耐火轻质板材作为防火外包层(5)涂抹防火涂料水冷却法美国匹兹堡64层的美国钢铁公司大厦在呈空心截面的钢柱内充水，并与设于顶部的水箱相连，形成封闭冷却系统，如图14.1所示。如发生火灾，钢柱内的水被加热而上升，水箱冷水流下而产生循环，以水的循环将火灾产生的热量带走，以保证钢柱不会升温过高，而丧失承载能力。为了防止钢结构生锈，须在水中掺入专门的防锈外加剂，冬天如需防冻，还要加人防冻剂。这种方法由于对结构设计有专门要求，目前实际很少应用。单面屏蔽法在钢构件的迎火面设置阻火屏障，将构件与火焰隔开(见图14.2)。如，钢梁下面吊装防火平顶，以及钢外柱内侧设置有一定宽度的防火板等等。如果建筑内部发生火灾，火焰也烧不到钢构件。这种在特殊部位设置防火屏障措施不失一种较经济的钢构件防火方法。浇铸混凝土或砌筑耐火砖采用混凝土或耐火砖完全封闭钢构件(见图14.3)。美国的纽约宾馆、英国的伦敦保险公司办公楼，直到上海浦东世界金融大厦的钢柱均采用这种方法。国内石化工业钢结构厂房以前也大多采用砌砖方法加以保护。这种方法优点是强度高，耐冲击，但缺点是要占用的空间较大，例如，用200号混凝土保护钢柱，其厚度为5～10cm才能达到1．5～3小时的耐火极限。另外，施工也较麻烦，特别在钢梁、斜撑上，施工十分困难。采用耐火轻质板材作为防火外包层采用纤维增强水泥板(如TK板，FC板)、石膏板、硅酸钙板、蛭石板将钢构件包覆起来。防火板由工厂加工，表面平整、装饰性好，施工为干作业。用于钢柱防火具有占用空间少、综合造价低的优点。据报导，日本无石棉硅酸钙板(KB板)作为高层钢结构建筑的防火包覆材已被广泛应用，总用量已达到钢结构防护面积的10％左右涂抹防火涂料将防火涂料涂覆于钢材表面，这种方法施工简便、重量轻、耐火时间长，而且不受钢构件几何形状限制，具有较好的经济性和实用性按照构造形式分，钢结构的防火保护有以下三种方法：(1)紧贴包裹法(图14.4a)。一般采用防火涂料，紧贴钢构件的外露表面，将钢构件包裹起来。(2)空心包裹法(图14.4b)。一般采用防火板或耐火砖，沿钢构件的外围边界，将钢构件包裹起来。(3)实心包裹法(图l4.4c)。一般采用混凝土，将钢构件浇注在其中。第二节钢结构防火涂料类型及其性能早在50年代欧美、日本等先进国家就广泛采用防火涂料保护钢结构。80年代初期，国内在一些重要钢结构建筑中，例如，北京长城饭店、昆仑饭店、京广中心、深圳发展中心、上海新锦江饭店、上海希尔顿宾馆、上海国贸中心等，曾使用国外防火涂料并由国外指定代理商进行施工。1985年以后，国内加强了防火涂料研制工作，四川、北京、上海先后研制成功多种钢结构防火涂料，并在国内不少重要工程中取代进口涂料，为国家节省了大量外汇和建设费用一、钢结构防火涂料类型钢结构防火涂料的品种较多，通常根据高温下涂层变化情况分膨胀型和非膨胀型二大系列。膨胀型防火涂料，又称薄型防火涂料，厚度一般为2～7mm，其基料为有机树脂，配方中还含有发泡剂、碳化剂等成分，遇火后自身会发泡膨胀，形成比原涂层厚度大十几倍到数十倍的多孔碳质层，多孔碳质层。可阻挡外部热源对基材的传热，如同绝热屏障。用于钢结构防火，耐火极限可达0.5～1.5小时。非膨胀型防火涂料，主要成份为无机绝热材料，遇火不膨胀，自身具有良好的隔热性，故又称隔热型防火涂料。其涂层厚度从7毫米到50mm，对应耐火极限可达到0.5至3小时以上。因其涂层比薄型涂料的要厚得多，因此又称之厚质防火涂料。膨胀型防火涂料涂层薄、重量轻、抗振性好，有较好的装饰性，缺点是施工时气味较大，涂层易老化，若处于吸湿受潮状态会失去膨胀性。英国Nullifire公司、英国FCC公司、德国Herberts公司均为生产膨胀型防火涂料公司。其中英国FCC公司的50#膨胀型防火涂料曾用于北京昆仑饭店、英国Nullifire公司超薄型膨胀涂料用于广东大亚湾核电站裸露厂房屋架上已达十年之久。国内从1987年后也先后研制成功多种这类涂料，其中四川LB型膨胀型防火涂料最早用于北京亚运会各体育馆钢屋架上，目前上海、江苏、浙江、山东已有数十家生产这类涂料工厂，在厂房、体育馆等裸露钢结构中被广泛应用。非膨胀型防火涂料其防火机理是利用涂层固有的良好的绝热性，以及高温下部分成分的蒸发和分解等烧蚀反应而产生的吸热作用，来阻隔和消耗火灾热量向基材的传递，从而延缓钢构件达到临界温度的时间。厚质防火涂料一般不燃、无毒、耐老化、耐久性较可靠，构件的耐火极限可达3小时以上，适用于永久性建筑中。厚质防火涂料又分二类，一类以矿物纤维为骨料采用干法喷涂施工，另一类是以膨胀蛭石；膨胀珍珠岩等颗粒材料为主的骨料，采用湿法喷涂施工。采用干法喷涂纤维材料与湿法喷涂颗粒材料相比，涂层容重轻，但施工时容易散发细微纤维粉尘，给施工环境和人员的保护带来一定问题，另外表面疏松，只适合于完全封闭的隐蔽工程。厚质防火涂料两种类型的性能比较见表14.1四、标准梁耐火试验钢结构防火涂料主要理化性能可参照GBl4907《钢结构防火涂料通用技术条件》，GA110《建筑构件防火喷涂材料性能试验方法》确定，但综合耐火性能一般通过标准梁耐火性能试验确定。以下简要介绍标准梁防火涂料耐火性能试验。1．试件制作钢结构防火涂料耐火性能的测试是选用工程中有代表性的型钢梁(如I36b)或实际工程中使用的钢构件作基材，依据防火涂料产品使用说明书规定的工艺条件对受火面进行涂覆，经养护形成涂覆钢构件的试件。2．涂层厚度的确定对试件涂层厚度的测量应在各个受火面沿构件长度方向每米不少于2个测点，取所有测点的平均值作为涂层厚度。3．安装与加载涂覆钢梁试件两端简支，水平安放在水平燃烧试验炉上，并按规范规定的设计荷载加载作耐火试验，钢梁承受模拟均布荷载或等弯矩四点集中加载(加载点分别为梁总长的1／8，3／8、5／8和7／8处)；若对特定钢构件的加载采用实际使用荷载加载，则应要求提供实际工程的有关证明。钢梁三面受火，受火段长度不少于4500mm，计算跨度不小于4800mm；试件支点内外非受火部分均不应超过300mm。其它涂覆钢构件的安装与实际使用情况一致。4．升温条件燃烧试验炉采用明火升温，使试件受到与实际火灾相似的火焰作用。试验炉内的升温按标准开温曲线控制，但允许炉温与标准升温曲线有一定的偏差，偏差值d为％100BBAd式中A—实际平均炉温曲线下的面积；B—标准升温曲线下的面积。要求试验过程中，当t≤10min时，d≤15％；当10t≤30min时，d≤10％；当t30min时，d≤5％；试验应尽可能保持炉内温度均匀一致，升温偏差除应满足上述要求外，单点最大温度偏离值尚不应大于±100℃。5．耐火极限的确定钢结构防火涂料的耐火极限以试件失去承载力或涂料失去隔热性的时间来确定。当以涂覆钢梁为试件时，以试件最大挠度达到(为计算跨度)作为钢梁失去承载能力的判定依据。20L00L