钢结构的防火研究

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1、文/赵庆凯钢结构的防火研究2005年4月6日包钢炼恢厂256nf烧结车间皮带起火，将长度达200m左右的钢结构皮带通廊及配套设施等烧毁，造成停产，这说明包钢在钢结构防火方面存在一定的薄弱环节。为此，笔者进行了钢结构防火方面的一些研究，并撰下文，以期对包钢钢结构防火工作有所促进。1从设计上考虑钢结构的防火1・1火灾对钢结构的危害钢材虽为非燃烧材料，但钢不耐火，温度为600°C时，钢材的屈服强度将降至室温下强度的一半，温度达到6（）（）°C时,钢材基本丧失全部强度和刚度。因此，当建筑采用无防火保护措施的钢结构时，一旦发生火灾，结构很容易遭到破坏。例如，1993年我

2、国福建泉州一座钢结构冷库发生火灾，造成3600nf的库房倒塌；1996年江苏省昆山市的-•轻钢结构厂房发生火灾，4320nf的厂房烧塌,1998年北京某家具城发生火灾，造成该建筑（钢结构）整体倒塌。1.2结构耐火极限长期以来，建筑防火被认为是建筑师设计时需考虑的问题，结构工程师设计时考虑结构防火（对结构更适合称抗火）问题的不多。确实，建筑的防火分隔、避难层的设置、安全疏散出口的布置等为建筑防火设计问题,目的在于减轻火灾损失，减少人员伤亡。然而，作为防火分隔的防火墙靠结构支承,如果火灾中支承结构破坏，防火墙也起不了防火分隔作用;还有避难层下的结构达不到耐火时间要

3、求而破坏，造成的伤亡将更为严重;此外，建筑结构构件（如梁、楼板、楼梯等）在火灾中如果破坏，会影响人员的疏散和消防人员进人建筑内灭火。因此各国建筑防火设计规范都有建筑结构构件耐火时间（或耐火极限）的规定。1.3钢结构抗火设计钢结构抗火设计的目标就是使结构构件的实际耐火时间大于或等于规定的耐火极限。钢虽为非燃烧材料，但不耐火，在火灾高温下，结构钢的强度和刚度都将迅速降低，而火灾升温迅速，故无防火保护的钢构件在火灾小很容易破坏。因此钢结构抗火设计的一般要求是：如何定量地确定防火保护措施，使得钢结构构件的耐火时间大于或等于规定的耐火极限。1.4传统的钢结构抗火设计方法

4、传统上，建筑结构构件的耐火时间由试验确定。进行建筑防火设计时，涉及到结构构件，只要对比由试验得出的耐火时间是否满足规定的耐火极限即可。实际上,将构件从结构屮孤立出来，施加一定的荷载，然后按一定的升温曲线加温，来测定构件耐火时间的方法，存在很多问题。首先，构件在结构中的受力，很难通过试验模拟，实际构件受力各不相同，试验难以概全，而受力的大小对构件耐火时间的影响较大;其次，构件受火在结构屮会产生温度应力，而这一影响在构件试验屮也难以准确反映。正是注意到试验的上述缺陷，结构抗火设计方法已开始从基于试验的传统方法，转为基于计算的现代方法。实际火灾升温与试验小的标准火灾

5、升温不一致，另外由试验确定的构件耐火时间不能完全代表构件在真实结构屮的耐火时间，从而造成不安全或过于保守使材料浪费的后果。因此通过计算进行钢结构的抗火设计，其意义是显著的。1.5基于计算的现代钢结构抗火设计方法基于计算的钢结构抗火设计方法可以免除传统的基于试验的钢结构抗火设计方法所存在的问题，口前已被各国普遍接受并在设计规范小采纳。这种钢结构的抗火设计方法以高温下构件的承载力极限状态为耐火极限判断，考虑温度内力的影响，在我国第一部钢结构抗火设计标准中即采纳了这种方法，其计算过程如下:⑴采用确定的防火措施，设定一定的防火被覆厚度。（2）计算构件在确定的防火措施和

6、耐火极限条件下的内部温度。（3）采用确定高温下钢铁材料参数，计算结构小的该构件在外荷载和温度作用下的内力。（4）进行荷载效应组合。（5）根据构件和受载的类型，进行构件耐火承载力极限状态验算。（6）当设定的防火覆厚度不合适时（过小或过大），可调整防火被覆厚度,重复上述（1）-（5）步骤。1.6结构抗火设计方法的发展趋势结构的主要功能是作为整体承受荷载。火灾下结构单个构件的损坏，并不一定意味着整体结构的破坏。特别是对于钢结构，一般情况下结构局部少数构件发生破坏，将引起结构内力重分布，结构仍具有一定继续承载的能力。当结构抗火设计以防止整休结构倒塌为目标时，则基于整体

7、结构的承载能力极限状态进行抗火设计更为合理，目前结构火灾下的整体反应分析尚是热门研究课题，述没有提出适于工程实用的方法被有关规范采纳。现代结构设计以概率可靠度为目标，因火灾的发生具有随机性，11火灾发生后空气升温的变异性很大，要实现结构抗火的概率可靠度设计，必须考虑火灾及空气升温的随机性。考虑火灾随机性的结构抗火设计方法尚是有待研究的一个课题，但必将是结构抗火设计的发展方向。2提高钢结构的防火能力到为止人们对钢结构的防火保护主耍采取三种措施，即直接包敷保护法、屏蔽保护法和充水冷却保护法。三种措施中直接包敷法由于简便易行、防护性能良好和造价经济，在工程小最为常用

8、。直接包敷法是指在钢结构构件表而或外围