提高鋼結構耐火性能 大力推廣鋼結構建筑

1、提高鋼結構耐火性能楊惠予摘要：鋼結構具有自重輕、強度高、抗震性能好，施工時間短、材料可回收再生等諸多優(yōu)點，但由于鋼材本身不能耐高溫的特點，影響了鋼結構建筑的安全性，阻礙了鋼結構的發(fā)展。本文對鋼結構的耐火性能做了簡單介紹，并在設計以及施工方面提出了提高鋼結構耐火性能的相關措施。關鍵詞：鋼結構耐火性措施0引言建筑鋼結構的優(yōu)點多多，相比較傳統的混凝土結構和砌體結構等，它性能穩(wěn)定，質量輕強度高，抗震性能好，施TBI可以在廠房進行加工再到現場裝配

2、，不僅裝配的完整度好精密度高，而且能夠大大的加快施工進度縮短工期。同時它還被稱為“綠色建筑”，基礎造價低，材料可回收和再生，節(jié)能、省地、節(jié)水。作為一種綠色環(huán)保建筑，近年來，鋼結構住宅已被建設部列為重點推廣項目。然而，這么好的建筑結構形式卻有一處致命傷，那就是耐火性能差。由于鋼結構建筑本身具有一定的可燃物，而鋼結構本身又有受熱強度降低極易造成建筑物倒塌等特性，因此鋼結構建筑一旦發(fā)生火災往往造成群死群傷等惡性火災事故的發(fā)生。最典型的例子就是

3、美國的“911’事件，事件的主角是美國世貿中心大樓，是典型的鋼結構高層建筑，坐落于美國紐約市曼哈頓鬧市區(qū)南部、紐約海港旁，由5幢建筑物組成，其主樓呈雙塔形，使用鋼材78萬噸，樓的外圍有密置的鋼柱，墻面由鋁板和玻璃窗組成，素有“世界之窗”之稱?！?1恐怖襲擊中，在大火的作用下主樓僅僅經過3O分鐘便轟然倒塌，造成了死亡2797人、損失360億美元的舉世震驚慘案。因此，要想大力推廣鋼結構，首先必須提高鋼結構的耐火性，只有這樣，才能使這種節(jié)能環(huán)

4、保的建筑結構得到普及并真正發(fā)揮它的優(yōu)勢。1鋼結構的耐火性能鋼結構的耐火性能取決于鋼材，鋼材本身不燃燒，也具有較好的耐熱性，但是鋼材不耐高溫，隨著溫度的升高，鋼材的強度是呈下降趨勢的，同時變形增大。在200oC以內，鋼材性能沒有很大變化：430oC～540℃之間強度急劇下降；600oC時強度很低不能承擔荷載?；阡摬牡倪@種物理性能，在火災發(fā)生時，當溫度達到450℃一650℃時鋼結構就會失去承載能力，發(fā)生很大的形變，導致鋼柱、鋼梁彎曲，結果

5、因變形過大而不能繼續(xù)工作，甚至垮塌。一旦遇到高溫，鋼結構構件的變形甚至失效是無法避免的，我們只能盡可能的提高它的耐火極限，使鋼結構不至于在發(fā)生火災后立即失效倒塌。根據實驗室測得的數據，常用鋼結構構件的耐火極限只有15～30min。在國家標準《建筑設計防火規(guī)范)(GBJ16—87)、《高層民用建筑設計防火規(guī)范(GB50045—95)中規(guī)定一級耐火等級建筑的防火墻、柱和承重墻、樓梯問墻及梁的耐火極限為3zj＼B~和2小時。對比可見未覆蓋耐火

6、保護層的鋼構件的耐火極限距離防火規(guī)范的要求相差很大，根本不能滿足火災情況下對建筑防火的要求。要克服鋼結構材料在實際應用中防火性能方面的不足，必須從多方面人手提高其耐火性能，以達到規(guī)范所規(guī)定的耐火等級要求。2提高鋼結構耐火性能的措施21應用建筑耐火、耐候鋼一般的鋼材耐火性差，但是可以通大力推廣鋼結構建(雞西大學)過相關技術手段，改變鋼材的材料組份，加入特定的成分，改變鋼材的結構及金相組織，提高鋼材本身的耐火性和耐候性。這就是耐火、耐候鋼。

7、這種鋼材在溫度達600~C時，強度下降不到30％，此外由于它的耐火性表較好，可以在施工時適當減小保護層的厚度，甚至可以不涂防銹漆，這樣可以節(jié)省一定成本。應用耐火、耐候鋼是治本良方，應該大力推廣，目前，我國已有多家企業(yè)可以生產建筑用耐火、耐候鋼，這為鋼結構建筑提供了良好的用材來源。22采用抗火能力強的結構形式和構件純鋼結構的耐火性比較差，但是可以適當結合混凝土組成混合構件，或在一些關鍵部位直接采用鋼筋混凝土結構。例如柱子可以采用鋼管混凝土

8、柱，這樣可以很有效提高耐火極限，而且鋼管直徑(或邊長)越大，耐火時間越長，直徑500mm的圓鋼管混凝土柱，當涂敷厚15mm的隔熱型防火涂料時即可滿足3h的耐火時間。而像樓板和樓梯這樣對防火要求較高的構件還是應該盡可能采用鋼筋混凝土結構。23采取合理的鋼構件防火構造處理方案鋼結構防火保護構造作法應合理、堅固、經濟、易于施工，并利于裝修。當有非燃燒體的圍護或分隔構件與鋼構件處于同一軸線時，可利用非燃墻體本身為鋼構件提供防火保護，而不需另做防

9、火保護層。而對那些裸露在外的鋼構件，則應采用合理的防火保護構造作法。24實施有效的的防火保護方法常用的鋼結構防火保護方法有外包混凝土保護、外包鋼絲網水泥砂漿、外包防火板材和噴涂防火涂料等。外包混凝土保護就是用混凝土將鋼構件完全包裹起來，在混凝土中還應配置構造鋼筋防止混凝土脫落。鋼絲網水泥砂漿防火保護是用金屬網抹50#砂漿做保護層，也是一種傳統的施工方法。外包防火板材可以選用纖維增強水泥板(如TK板、FC板)、石膏板、硅酸鈣板、蛭石板等非

10、燃材料的防火板將鋼構件包裹起來。噴涂防火涂料于鋼結構表面可以形成耐火隔熱保護層，提高鋼構件的耐火極限。對于規(guī)范規(guī)定耐火極I~E4＼于15小時的鋼構件可噴涂薄型防火涂料，厚度一般為1mm一3mm，這種防火涂料遇火會膨脹，形成比原涂層厚度大十幾倍到數十倍的多孔碳質層。而對于規(guī)范規(guī)定耐火極限大于15小時的鋼構件，應選用厚涂型防火涂料，厚度一般在7mm～5Omm，遇火不膨脹，自身具有良好的隔熱性。對于耐火極限要求比較高的高層鋼結構可以噴射無機纖

11、維防火護層材料，無機纖維材料具有低密度、高熱容、低導熱的突出特點，并有很好的附著力，在高溫火場中，厚度沒有明顯的變化，護層不熔化、不脫落，能夠使被保護構件達到5小時以上的耐火極限。我國鋼結構建筑絕大多數都是采用噴涂防火涂料來做防火保護的?，F在全世界都在呼吁節(jié)能減排，鋼結構這種綠色環(huán)保的建筑結構形式在發(fā)達國家已經相當普及，在我國更有廣大的發(fā)展空間，尤其是在住宅建筑方面更應該得到大力普及，目前，我國的鋼產量已居全世界第一，為鋼結構的推廣吹來

12、了東風，不要讓耐火性阻礙了鋼結構的腳步，我們應積極采取各種有效措施，提高鋼結構的耐火性，加快鋼結構的發(fā)展。(上接第248頁)耗量僅次于美國，已位居世界第二位，而由于節(jié)能節(jié)電意識淡薄造成的電能浪費占相當的比重。因此，增強人們的節(jié)電意識非常必要。在電力網的組成中，10kV供電線路是連接電力網和電力用戶的橋梁。線路長度在電力網中占6O％以上，其線損率在電力網的總線損中占80％以上。由于電網的線損主要是變壓器損耗和線路損耗，所以配電網的降損節(jié)能

13、，也就是對電網中所有的變壓器和電力線路進行優(yōu)化。由于負荷增長速度快而配電網無功建設投資滯后。54加裝無功補償裝置、提高質量又節(jié)能10kV配電線路存在電壓過低或偏高問題，其原因除了電網結構不合理和導線過細外，主要是無功功率不足或過剩。系統的無功功率對電壓影響極大，無功功率不足，將引起電網電壓下降，而無功過剩將引起電網電壓偏高。在電網運行中，因大量非線性負載的投運，它們除要消耗有功功率外，還要消耗一定的無功功率，負荷電流通過線路、變壓器將會

14、產生功率與電能損耗。要維持整個系統的電壓水平，就必需有足夠的無功補償容量，實行無功分區(qū)分壓就地平衡，同時要求有足夠的無功調節(jié)能力，在允許的電壓偏差范圍內，采用調壓與補償電容器相結合的措施，實現高峰負荷時較高電壓運行和低谷負荷時較低電壓運行的逆調壓要求。10kV供電線路損耗大的主要原因是線路的功率因數低，由于供電線路點多、線長、面廣、負荷季節(jié)性強，加之大馬拉小車等多種因數，致使功率因數有的竟低于0l7以下。實踐證明，在受電端加裝電力電容器

15、是提高功率因數降損節(jié)電的行之有效的方法。加裝電力電容器使無功分散補償就地平衡，把電能損耗降低到最低限度。55目前霍爾果斯電網用電負荷增長較快，電網的電能利用率較低、網損較大、功率因數較低、電壓低。據統計到2008年末，霍爾果斯電網的綜合網損率高達12％，35kV線路平均功率因數達到081，10kV線路平均功率因數達到O63。全年供電量109億度。該項目建成后，將使霍爾果斯電網的綜合網損率降到9％以下，減少電能損耗400萬度。249筑提高

16、鋼結構耐火性能楊惠予摘要：鋼結構具有自重輕、強度高、抗震性能好，施工時間短、材料可回收再生等諸多優(yōu)點，但由于鋼材本身不能耐高溫的特點，影響了鋼結構建筑的安全性，阻礙了鋼結構的發(fā)展。本文對鋼結構的耐火性能做了簡單介紹，并在設計以及施工方面提出了提高鋼結構耐火性能的相關措施。關鍵詞：鋼結構耐火性措施0引言建筑鋼結構的優(yōu)點多多，相比較傳統的混凝土結構和砌體結構等，它性能穩(wěn)定，質量輕強度高，抗震性能好，施TBI可以在廠房進行加工再到現場裝配，不

17、僅裝配的完整度好精密度高，而且能夠大大的加快施工進度縮短工期。同時它還被稱為“綠色建筑”，基礎造價低，材料可回收和再生，節(jié)能、省地、節(jié)水。作為一種綠色環(huán)保建筑，近年來，鋼結構住宅已被建設部列為重點推廣項目。然而，這么好的建筑結構形式卻有一處致命傷，那就是耐火性能差。由于鋼結構建筑本身具有一定的可燃物，而鋼結構本身又有受熱強度降低極易造成建筑物倒塌等特性，因此鋼結構建筑一旦發(fā)生火災往往造成群死群傷等惡性火災事故的發(fā)生。最典型的例子就是美國

18、的“911’事件，事件的主角是美國世貿中心大樓，是典型的鋼結構高層建筑，坐落于美國紐約市曼哈頓鬧市區(qū)南部、紐約海港旁，由5幢建筑物組成，其主樓呈雙塔形，使用鋼材78萬噸，樓的外圍有密置的鋼柱，墻面由鋁板和玻璃窗組成，素有“世界之窗”之稱?！?1恐怖襲擊中，在大火的作用下主樓僅僅經過3O分鐘便轟然倒塌，造成了死亡2797人、損失360億美元的舉世震驚慘案。因此，要想大力推廣鋼結構，首先必須提高鋼結構的耐火性，只有這樣，才能使這種節(jié)能環(huán)保的

19、建筑結構得到普及并真正發(fā)揮它的優(yōu)勢。1鋼結構的耐火性能鋼結構的耐火性能取決于鋼材，鋼材本身不燃燒，也具有較好的耐熱性，但是鋼材不耐高溫，隨著溫度的升高，鋼材的強度是呈下降趨勢的，同時變形增大。在200oC以內，鋼材性能沒有很大變化：430oC～540℃之間強度急劇下降；600oC時強度很低不能承擔荷載?；阡摬牡倪@種物理性能，在火災發(fā)生時，當溫度達到450℃一650℃時鋼結構就會失去承載能力，發(fā)生很大的形變，導致鋼柱、鋼梁彎曲，結果因變

20、形過大而不能繼續(xù)工作，甚至垮塌。一旦遇到高溫，鋼結構構件的變形甚至失效是無法避免的，我們只能盡可能的提高它的耐火極限，使鋼結構不至于在發(fā)生火災后立即失效倒塌。根據實驗室測得的數據，常用鋼結構構件的耐火極限只有15～30min。在國家標準《建筑設計防火規(guī)范)(GBJ16—87)、《高層民用建筑設計防火規(guī)范(GB50045—95)中規(guī)定一級耐火等級建筑的防火墻、柱和承重墻、樓梯問墻及梁的耐火極限為3zj＼B~和2小時。對比可見未覆蓋耐火保護

21、層的鋼構件的耐火極限距離防火規(guī)范的要求相差很大，根本不能滿足火災情況下對建筑防火的要求。要克服鋼結構材料在實際應用中防火性能方面的不足，必須從多方面人手提高其耐火性能，以達到規(guī)范所規(guī)定的耐火等級要求。2提高鋼結構耐火性能的措施21應用建筑耐火、耐候鋼一般的鋼材耐火性差，但是可以通大力推廣鋼結構建(雞西大學)過相關技術手段，改變鋼材的材料組份，加入特定的成分，改變鋼材的結構及金相組織，提高鋼材本身的耐火性和耐候性。這就是耐火、耐候鋼。這種

22、鋼材在溫度達600~C時，強度下降不到30％，此外由于它的耐火性表較好，可以在施工時適當減小保護層的厚度，甚至可以不涂防銹漆，這樣可以節(jié)省一定成本。應用耐火、耐候鋼是治本良方，應該大力推廣，目前，我國已有多家企業(yè)可以生產建筑用耐火、耐候鋼，這為鋼結構建筑提供了良好的用材來源。22采用抗火能力強的結構形式和構件純鋼結構的耐火性比較差，但是可以適當結合混凝土組成混合構件，或在一些關鍵部位直接采用鋼筋混凝土結構。例如柱子可以采用鋼管混凝土柱，

23、這樣可以很有效提高耐火極限，而且鋼管直徑(或邊長)越大，耐火時間越長，直徑500mm的圓鋼管混凝土柱，當涂敷厚15mm的隔熱型防火涂料時即可滿足3h的耐火時間。而像樓板和樓梯這樣對防火要求較高的構件還是應該盡可能采用鋼筋混凝土結構。23采取合理的鋼構件防火構造處理方案鋼結構防火保護構造作法應合理、堅固、經濟、易于施工，并利于裝修。當有非燃燒體的圍護或分隔構件與鋼構件處于同一軸線時，可利用非燃墻體本身為鋼構件提供防火保護，而不需另做防火保

24、護層。而對那些裸露在外的鋼構件，則應采用合理的防火保護構造作法。24實施有效的的防火保護方法常用的鋼結構防火保護方法有外包混凝土保護、外包鋼絲網水泥砂漿、外包防火板材和噴涂防火涂料等。外包混凝土保護就是用混凝土將鋼構件完全包裹起來，在混凝土中還應配置構造鋼筋防止混凝土脫落。鋼絲網水泥砂漿防火保護是用金屬網抹50#砂漿做保護層，也是一種傳統的施工方法。外包防火板材可以選用纖維增強水泥板(如TK板、FC板)、石膏板、硅酸鈣板、蛭石板等非燃材

25、料的防火板將鋼構件包裹起來。噴涂防火涂料于鋼結構表面可以形成耐火隔熱保護層，提高鋼構件的耐火極限。對于規(guī)范規(guī)定耐火極I~E4＼于15小時的鋼構件可噴涂薄型防火涂料，厚度一般為1mm一3mm，這種防火涂料遇火會膨脹，形成比原涂層厚度大十幾倍到數十倍的多孔碳質層。而對于規(guī)范規(guī)定耐火極限大于15小時的鋼構件，應選用厚涂型防火涂料，厚度一般在7mm～5Omm，遇火不膨脹，自身具有良好的隔熱性。對于耐火極限要求比較高的高層鋼結構可以噴射無機纖維防

26、火護層材料，無機纖維材料具有低密度、高熱容、低導熱的突出特點，并有很好的附著力，在高溫火場中，厚度沒有明顯的變化，護層不熔化、不脫落，能夠使被保護構件達到5小時以上的耐火極限。我國鋼結構建筑絕大多數都是采用噴涂防火涂料來做防火保護的?，F在全世界都在呼吁節(jié)能減排，鋼結構這種綠色環(huán)保的建筑結構形式在發(fā)達國家已經相當普及，在我國更有廣大的發(fā)展空間，尤其是在住宅建筑方面更應該得到大力普及，目前，我國的鋼產量已居全世界第一，為鋼結構的推廣吹來了東

27、風，不要讓耐火性阻礙了鋼結構的腳步，我們應積極采取各種有效措施，提高鋼結構的耐火性，加快鋼結構的發(fā)展。(上接第248頁)耗量僅次于美國，已位居世界第二位，而由于節(jié)能節(jié)電意識淡薄造成的電能浪費占相當的比重。因此，增強人們的節(jié)電意識非常必要。在電力網的組成中，10kV供電線路是連接電力網和電力用戶的橋梁。線路長度在電力網中占6O％以上，其線損率在電力網的總線損中占80％以上。由于電網的線損主要是變壓器損耗和線路損耗，所以配電網的降損節(jié)能，也

28、就是對電網中所有的變壓器和電力線路進行優(yōu)化。由于負荷增長速度快而配電網無功建設投資滯后。54加裝無功補償裝置、提高質量又節(jié)能10kV配電線路存在電壓過低或偏高問題，其原因除了電網結構不合理和導線過細外，主要是無功功率不足或過剩。系統的無功功率對電壓影響極大，無功功率不足，將引起電網電壓下降，而無功過剩將引起電網電壓偏高。在電網運行中，因大量非線性負載的投運，它們除要消耗有功功率外，還要消耗一定的無功功率，負荷電流通過線路、變壓器將會產生

29、功率與電能損耗。要維持整個系統的電壓水平，就必需有足夠的無功補償容量，實行無功分區(qū)分壓就地平衡，同時要求有足夠的無功調節(jié)能力，在允許的電壓偏差范圍內，采用調壓與補償電容器相結合的措施，實現高峰負荷時較高電壓運行和低谷負荷時較低電壓運行的逆調壓要求。10kV供電線路損耗大的主要原因是線路的功率因數低，由于供電線路點多、線長、面廣、負荷季節(jié)性強，加之大馬拉小車等多種因數，致使功率因數有的竟低于0l7以下。實踐證明，在受電端加裝電力電容器是提