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1、四川建筑科学研究第30卷 第3期114SichuanBuildingScience2004年9月钢结构防火涂料等效热传导系数的确定1112蒋首超,徐小洋,赵 蕾,熊 皓(1.同济大学土木工程学院,上海 200092;2.景德镇市规划局,江西景德镇 333000)摘 要:针对厚型钢结构防火涂料的热工参数确定问题和膨胀型钢结构防火涂料隔热性能无合适方法评价的现状,提出了根据耐火试验检测测定构件升温过程确定防火涂料等效热传导系数的方法。并分别利用厚型防火涂料和膨胀型防火涂料的检测结果进行试算,取得了较满意的结
2、果。该方法还解决了有膨胀型防火涂料保护层钢构件的温度计算问题,为该类钢构件的抗火计算奠定了基础,并对防火抗火性能试验检测的内容及应提交的结果提出了建议。关键词:钢结构;防火涂料;热传导系数;标准抗火试验中图分类号:TU391 文献标识码:A 文章编号:1008-1933(2004)03-0114-031 概述钢结构防火涂料主要分为厚型防火涂料和膨胀型防火钢材虽为不燃材料,但是钢结构的耐火性能比较差。一涂料两大类。影响厚型防火涂料隔热性能的主要因素是其方面是因为普通结构钢的强度和弹性模量随着温度的
3、上升热工参数;而影响膨胀型防火涂料隔热性能的主要因素是其而下降,当温度达到600℃时,普通结构钢的屈服强度下降热工参数和高温下的膨胀率。准确地得到这些参数,是进行到常温下的30%以下;另一方面是钢的导热性能非常好,热钢结构抗火设计的基础。传导系数是45W/(mK)左右,约为普通混凝土(114～2102 现行钢结构防火涂料的隔热性能参数W/(mK))的30倍。因此,没有防火保护层的钢结构构件在目前,我国厚型钢结构防火涂料仅有常温下的热传导系火灾下的升温速度非常快,一般不到15min,温度就会超过数、密度等
4、参数,这些参数还不足以完全反映该涂料的基本600℃。为了提高钢结构建筑的耐火极限,一般都需要对钢功能———隔热性能,主要存在以下问题:结构构件进行防火保护,最典型的防火保护措施是涂敷防火(1)涂料的热工参数是常温下测得的一个常数,不是随涂料,减缓火灾下的升温速度,从而增加钢结构构件的耐火温度升高而变化的一个参数。时间。抗火设计的主要目的之一,就是确定钢结构构件的防(2)在高温下,防火涂料的部分成分会发生化学反应,在火保护层厚度。反应中会伴随有热量的吸收或释放,这会影响钢结构抗火设目前,钢结构抗火设计方法
5、主要有两种:基于标准试验计时构件温度计算的准确性,在传热分析时,考虑这些可变的抗火设计方法和基于计算的抗火设计方法。基于标准试因素的影响是非常困难的。验的抗火设计方法存在严重缺陷,缺陷主要源自于:(1)荷载(3)钢结构防火涂层中都含有一定的水分,火灾时防火分布与大小的影响。由于实际结构构件所受的荷载分布与涂层内的水分要蒸发吸收热量,会降低构件的升温速度,这大小千变万化,结构各构件的实际受载状态与试验的标准受一影响也很难在钢结构构件的抗火设计中予以精确考虑。载状态很难完全一致;(2)构件端部约束状态的影响
6、。实际膨胀型防火涂料除了存在与厚型涂料相同的问题外,还结构中构件的端部约束状态同样千变万化,试验很难准确和会在高温下发泡膨胀形成较厚的保护层,从而起到保护钢结全面地加以模拟;(3)实际构件的截面形状和传热条件的影构构件的作用。发泡膨胀使其热工参数和厚度都发生了很响。实际结构中构件截面形式很多,防火保护的构造形式多大的变化,采用一般的热工参数来评价其隔热性能是不可能样,导致传热条件也与试验中的试件不同,要在试验中完全的。而且,现在也没有针对采用膨胀型防火涂料保护层的钢模拟也不现实。基于计算的抗火设计方法可
7、以克服上述缺结构构件在火灾下的温度计算方法。陷,该方法在结构抗火设计中应用越来越广泛。基于以上问题,目前迫切需要有一种能够准确评价防火基于计算的抗火设计方法的一般过程如图1所示。从涂料隔热性能的参数,该参数既要反应防火涂料的隔热性图中可以看出,准确计算构件的温度,是抗火设计计算准确能,也要方便、准确地计算有防火涂料保护层的钢构件在火性和可靠性的重要保证。灾下的温度。防火涂料的主要功能是为了减小构件在火灾下的升温速度,使火灾作用时间达到耐火极限时构件的温度收稿日期:2003207228作者简介:蒋首超(1
8、971—),男,湖南安乡人,结构工程博士,讲师,主图1 构件抗火设计计算的一般过程要从事钢结构及结构抗火研究与教学工作。©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.2004No.3蒋首超,等:钢结构防火涂料等效热传导系数的确定115小于临界温度。从图1可以看出,在抗火设计中,与钢构件在常温下的热传导系数,即承载力直接相关的是构件温度,因此,只要能按照传热学的λ
