高層鋼結(jié)構(gòu)建筑抗火設(shè)計(jì)探析

1、<p>　　高層鋼結(jié)構(gòu)建筑抗火設(shè)計(jì)探析</p><p>　　摘要：本文介紹了鋼結(jié)構(gòu)建筑的特點(diǎn)，對火災(zāi)下鋼結(jié)構(gòu)的破環(huán)機(jī)理進(jìn)行了分析，并對當(dāng)前鋼結(jié)構(gòu)建筑抗火設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了介紹。最后，本文提出一些改善鋼結(jié)構(gòu)抗火性能的方法，為相關(guān)設(shè)計(jì)人員提供參考。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)建筑；抗火；承載力，設(shè)計(jì)方法 </p><p>　　中圖分類號(hào)：TU391 文獻(xiàn)

2、標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　1.前言 </b></p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)憑借其自重輕，強(qiáng)度高，塑性韌性好，建筑平面布置靈活，面積利用率高等突出優(yōu)點(diǎn)在工程實(shí)際中得到廣泛應(yīng)用。相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)表明，我國建成的超高層建筑中鋼結(jié)構(gòu)建筑占到37%，然而鋼結(jié)構(gòu)建筑具有一個(gè)不可忽視的缺陷，即耐火性差。鋼材常溫下為非燃燒材料，但耐火性較差，在高溫下，鋼結(jié)構(gòu)的

3、強(qiáng)度和剛度迅速降低。研究表明，當(dāng)溫度達(dá)到350℃、500℃、600℃時(shí)候，鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度分別降低1/3、1/2、2/3。溫度達(dá)到600℃以上的時(shí)候，鋼結(jié)構(gòu)則完全喪失承載力。因此在火災(zāi)中若鋼結(jié)構(gòu)沒有采取防火措施，鋼結(jié)構(gòu)建筑極容易發(fā)生破壞，鋼結(jié)構(gòu)建筑抗火能力直接影響鋼結(jié)構(gòu)的使用安全。因此，對鋼結(jié)構(gòu)建筑做好抗火設(shè)計(jì)十分重要。 </p><p>　　2. 火災(zāi)下鋼結(jié)構(gòu)建筑破壞機(jī)理 </p><p>

4、　　《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》根據(jù)建筑使用功能及火災(zāi)危害等級等指標(biāo)將建筑的耐火等級劃分為一級、二級、三級、四級，一級要求最高，其余依次降低。鋼結(jié)構(gòu)建筑的耐火極限是指鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)中從受到火作用開始到失去穩(wěn)定或者完整性或絕熱為止，抵抗火災(zāi)作用的時(shí)間用小時(shí)來表示。 </p><p>　　火產(chǎn)生的熱量是以輻射和對流的形式傳遞給結(jié)構(gòu)的，鋼結(jié)構(gòu)建筑由于導(dǎo)熱系數(shù)較大，火災(zāi)產(chǎn)生的熱量可以很快的傳遞到內(nèi)部。再加上鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件大

5、都為薄壁結(jié)構(gòu)，表面溫度及內(nèi)部溫度相差不大，因此鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件溫度分布可以看做是均勻分布。鋼結(jié)構(gòu)由于導(dǎo)熱性能好，當(dāng)火災(zāi)作用的時(shí)候鋼結(jié)構(gòu)表面和內(nèi)部的溫度降急劇升高，構(gòu)件將產(chǎn)生膨脹并伴隨著強(qiáng)度下降，同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)在高溫下還會(huì)發(fā)生很大的塑性變形，造成整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)建筑局部破壞，最終造成整個(gè)結(jié)構(gòu)整體破壞。 </p><p>　　3.鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)方法 </p><p>　　3.1 實(shí)驗(yàn)的抗火設(shè)計(jì)方法 <

6、/p><p>　　傳統(tǒng)確定建筑結(jié)構(gòu)的耐火時(shí)間是通過時(shí)間來確定的。通常實(shí)驗(yàn)室確定鋼結(jié)構(gòu)的耐火時(shí)間是將構(gòu)件從結(jié)構(gòu)中隔離出來，通過施加一定的荷載并按某一升溫曲線加溫來確定構(gòu)件的耐火時(shí)間。這種確定方法存在很多問題，第一，實(shí)際構(gòu)件的受力不相同，實(shí)驗(yàn)難以全部概括；第二，構(gòu)件在結(jié)構(gòu)的端部約束難以在實(shí)驗(yàn)中模擬；第三，對構(gòu)件施加的溫度曲線在試驗(yàn)中也難以真實(shí)反映。 </p><p>　　3.2 計(jì)算的抗火設(shè)計(jì)方法

7、 </p><p>　　基于計(jì)算的鋼結(jié)構(gòu)抗火設(shè)計(jì)方法可以避免傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，現(xiàn)階段是各國普通采用的設(shè)計(jì)方法。這種設(shè)計(jì)方法以高溫下鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力極限狀態(tài)為耐火極限，并在這其中考慮溫度應(yīng)力的影響?！朵摻Y(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)程》是我國第一部鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范，在這規(guī)范中就采用這種設(shè)計(jì)方法，計(jì)算的抗火設(shè)計(jì)方法思想和方法為： </p><p>　?。?）確定防火措施，設(shè)計(jì)一定的防火覆蓋厚度； <

8、;/p><p>　　（2）在確定防火措施下計(jì)算構(gòu)件的耐火極限及內(nèi)部溫度； </p><p>　?。?）確定高溫下材料參數(shù)，計(jì)算構(gòu)件在確定的防火措施下外荷載和高溫作用下的內(nèi)力； </p><p>　?。?）進(jìn)行荷載組合效應(yīng)計(jì)算，計(jì)算公式如下：式中各參數(shù)詳細(xì)見《鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)程》說明。 </p><p>　?。?）根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)類型及其受荷類型，進(jìn)行構(gòu)

9、件的抗火承載力極限狀態(tài)驗(yàn)算保證規(guī)范要求S≤R.S為結(jié)構(gòu)的荷載，R為結(jié)構(gòu)在防火措施下，內(nèi)部溫度確定的結(jié)構(gòu)抗力。 </p><p>　?。?）當(dāng)設(shè)計(jì)的防火覆蓋厚度不合算，適當(dāng)調(diào)整厚度，再重復(fù)以上計(jì)算步驟。 </p><p>　　3.3 抗火設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢 </p><p>　?。?）現(xiàn)行的抗火設(shè)計(jì)方式是采用計(jì)算的構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法，缺乏結(jié)構(gòu)的抗火設(shè)計(jì)。該方法是以整體結(jié)構(gòu)的承

10、載力做為極限狀態(tài)進(jìn)行抗火設(shè)計(jì)，然而在火災(zāi)下，鋼結(jié)構(gòu)建筑單個(gè)構(gòu)件的破壞，并不意味著結(jié)構(gòu)整體的破壞，鋼結(jié)構(gòu)建筑在火災(zāi)下少數(shù)構(gòu)件發(fā)生破壞會(huì)引起結(jié)構(gòu)的整體內(nèi)力重新分布，結(jié)構(gòu)仍然具有一定的承載能力。（2）結(jié)構(gòu)的抗火概率可靠度設(shè)計(jì)方法必須考慮火災(zāi)和空氣升溫的隨機(jī)性。（3）鋼結(jié)構(gòu)在溫度及荷載共同作用下破壞的機(jī)理及承載力的計(jì)算方法還需研究。（4）火災(zāi)下，結(jié)構(gòu)的荷載分布統(tǒng)計(jì)還比較匱乏。 </p><p>　　4.鋼結(jié)構(gòu)防火構(gòu)造措施

11、 </p><p><b>　　4.1 鋼材材料 </b></p><p>　　采用耐火的鋼材。通過現(xiàn)有的技術(shù)，給鋼材增加一定的特殊的成分，改變鋼結(jié)構(gòu)的組成成分，改善鋼材的耐火性。目前我國多家鋼鐵企業(yè)已經(jīng)成功的開發(fā)了鋼結(jié)構(gòu)建筑耐火耐候性鋼，為鋼結(jié)構(gòu)建筑提供了良好的用材。 </p><p>　　4.2 抗火性強(qiáng)的結(jié)構(gòu)形式 </p>

12、<p>　　由于鋼筋混凝土剪力墻或者筒體結(jié)構(gòu)具有良好的耐火性能，因此鋼結(jié)構(gòu)建筑中宜采用這種抗側(cè)力構(gòu)件。由于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)抗火性能好，提倡在鋼結(jié)構(gòu)建筑中使用；樓板是鋼結(jié)構(gòu)上下層和防火分區(qū)間的分隔構(gòu)件，耐火性要求比較高；樓梯時(shí)鋼結(jié)構(gòu)建筑中的重要構(gòu)件，宜采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。 </p><p>　　4.3 維護(hù)和分隔構(gòu)件 </p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)建筑的圍護(hù)及分隔構(gòu)件如內(nèi)外墻、屋面等可

13、以采用一些輕型復(fù)合型建筑材料，如加氣混凝土等。建議鋼結(jié)構(gòu)建筑的內(nèi)外墻及屋面應(yīng)為非燃燒體，耐火等級宜達(dá)到二級耐火等級。 </p><p><b>　　5. 結(jié)語 </b></p><p>　　鋼結(jié)構(gòu)建筑是二十一世紀(jì)建筑發(fā)展的趨勢，是未來高層發(fā)展的方向。隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，人們對鋼結(jié)構(gòu)建筑的火災(zāi)下的安全問題越來越重視，對火災(zāi)的防范也越來越嚴(yán)格。作為設(shè)計(jì)人員應(yīng)重視鋼結(jié)構(gòu)的防

14、火問題，不斷的研究，探索新型的防火保護(hù)材料，充分發(fā)乎鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，使得鋼結(jié)構(gòu)建筑能夠廣泛的得到應(yīng)用。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50017-2003)[S].北京:中國計(jì)劃出版社，2003 </p><p>　　[2] 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)，建筑設(shè)