高等钢结构抗火论文作业.docx

高等钢结构理论结构抗火部分小论文二〇一六年一月提高钢结构抗火性能的方法与改进措施摘要：钢结构因其轻质高强、延性好、可循环利用及施工速度快等诸多优点被广泛应用于现代建筑结构中但钢材的耐火性能弱的特点影响了钢结构体系的安全性，阻碍了钢结构的发展，提高钢结构的耐火性能是完善钢结构体系的一个重要措施本文介绍了几种常用的钢结构防火保护措施，并提出钢结构抗火的改进措施关键词：钢结构 抗火性能 改进措施1 钢结构的耐火性能钢结构最致命的弱点是钢的耐火性能非常差，钢的内部晶体组织对温度非常敏感，温度升高或者降低都会使钢材性能发生变化钢结构的耐火性能差，在高温下强度、弹性模量急剧下降图1、图2为钢材在温度的升高过程中强度的变化，从图中可以很明显的观察到，钢材的性能随着温度的升高而降低钢本身不燃烧，也具有较好的耐热性，但是钢材并不耐高温，随着温度的升高，钢材的强度是呈下降趋势的，同时变形增大在200℃以内，钢材性能没有很大变化；430℃～540℃之间，钢材强度急剧下降；600℃时强度很低不能承担荷载基于钢材的这种物理性能，在火灾发生时，当温度达到450℃～650℃时钢结构就会失去承载能力，发生很大的形变，导致钢柱、钢梁弯曲，结构因变形过大而不能继续工作，甚至垮塌。

温度为600℃时钢材强度很低不能承担荷载,此外在250℃附近有兰脆现象，约260℃～320℃时有徐变现象《建筑设计防火规范》中规定一级耐火等级建筑的防火墙、承重墙、梁柱等重点承重构件的耐火极限最小为 2h，然而实验数据表明一般钢结构的耐火性能极限为 30min就钢材本身的耐火性能来看，远远达不到此标准可见，裸露钢构件的耐火极限距离规范的要求相差甚远，根本不可能满足火灾下对建筑防火的要求想要克服钢结构在实际工程中防火性能方面的不足，必须从多方面来提高其耐火性能2 提高钢结构耐火性能的方法2.1 钢结构被动防火方法钢结构被动防火保护措施是指对已有钢结构进行额外的抗火加工，在原结构基础上，通过外涂、屏蔽等方式提高钢结构的抗火性能目前应用较多的防火保护措施有外包层法、屏蔽法和水冷却法 3 种2.1.1 水冷却法如图 3 所示，在密闭的钢柱内充水，并与顶部的水箱相连，形成封闭冷却的系统，一旦发生火灾，柱内的水受热循环将火灾产生的热量带走，水蒸气通过排气口排除循环系统为防止钢柱生锈或者冬天水冻结，在水中可以掺入外加防锈剂和防冻剂火灾发生时，只要钢柱中有足够的水，构件吸收的热量就会不断被水吸收带走水冷却法通过水蒸气政法散热，又能借水的温差形成循环，把热量导向非火灾区的温度较 低的柱，从而使构件保持较低温度，保证钢结 图 3 水冷却法构安全。

从理论上讲，这是钢结构防火保护最有效的方法但是由于技术难度较大，加之增加了建筑物的自重，为了防锈和防止水的冰结，还需要在水中掺加阻锈剂和抗冻剂等，费用较高因此，目前这种方法应用很少 2.1.2 屏蔽法屏蔽法是在钢构件的迎火面设置阻火屏障，将构件与火焰隔开这样，即使建筑内部发生火灾，火焰也烧不到钢构件屏蔽法主要适用于钢结构屋盖系统的保护如在钢梁下吊装防火平顶，以及钢外柱内侧设置一定宽度的防火板等（如图 4）如果建筑结构内部发生火灾，其蔓延对钢构件的影响也不大在特殊部位设置防火屏障的方法不失为经济有效的防火办法但这种方法的应用有局限性，难以实现对所有重要结构构件的保护，且影响结构室内装修的效果图 4 屏蔽法屏蔽法作为一种在钢结构特殊部位设置的防火屏障措施，对钢构件而言，不失为一种较经济的防火方法，但要注意吊顶的接缝、孔洞处应严密，防止窜火但目前许多轻钢结构厂房、大跨度建筑，其钢结构材料直接裸露在室内，并不适宜采用此种防火措施2.1.3 外包法外包层法是目前应用最多的钢结构防火保护措施按照构造形式的不同，可以分为以下 3 种：紧贴包裹法、空心包裹法和实心包裹法1）紧贴包裹法采用钢结构防火涂料喷涂在钢结构表面，起防火隔热作用，防止钢材在火灾中迅速升温而降低强度，避免钢结构失去支撑能力而导致建筑物垮塌。

2）空心包裹法一般采用防火板，沿钢构件的外围边界，将钢构件包裹起来（如图 5）防火板按照材料厚度及导热性能的区别分为防火薄板和防火厚板防火板由工厂加工，重量轻，强度高，隔热性好，耐高温图 5 空心包裹法（3）实心包裹法一般通过浇筑混凝土或砌筑耐火砖，将钢构件包裹起来，完全封闭钢构件（如图 6）在钢结构构件外浇筑混凝土或者砌筑耐火砖，在火灾发生时可以起到隔热的作用，保证钢结构构件不会过早失效这种方法施工简单方便，防火效果较好，特别是混凝土的浇筑在为钢构件提供保护的同时，还能增其承载力但是这种防火保护措施会增大结构的自重，增大构件截面尺寸，不利于钢结构自身优点的发挥图 6 浇筑混凝土或砌筑耐火砖2.2 钢结构的主动防火方法钢结构构件的主动防火保护是一种采用建筑内的主动消防措施，如采取排烟、自动灭火系统，排除室内热量、抑制火灾增长和灭火，在火灾发生后从根本上消除高温和火焰对钢结构构件的威胁，以实现保护钢结构的方法与被动防火保护相比，它是一种更积极的保护方式这样可以降低室内温度，使建筑结构得到保护，并为人员疏散创造良好的条件与环境3 钢结构防火措施的改进目前结构的抗火分析方法采用确定性分析方法。

而火灾是一种偶然事件，要分析结构的火灾风险和可靠度，必须采用随机分析方法另外，目前的抗火设计方法还是基于构件层次的，构件的耐火极限要求也是基于“处方式”建筑防火设计规范的要求确定的，可效仿抗震设计方法，采用基于性能的结构抗火设计方法，对不同重要性、不同功能及业主的不同要求采用不同等级的抗火设计方法，不仅要求保证火灾下建筑物内人员的安全，还可根据建筑的重要性减少火灾后结构的修复费用，减少经济损失4 总结钢结构因具有强度高、重量轻、韧性好、施工速度快等优点，被广泛应用于建筑结构中，但是耐火性能差是钢结构的一个致命弱点，所以钢结构的防火问题是一个非常关键的问题目前常用的钢结构防火保护措施包括喷涂防火涂料、包敷防火板、浇筑混凝土或砌筑耐火砖以及单面屏蔽法等不同方法有各自优缺点，在比较中提出改进，寻找更多更好的钢结构防火措施参考文献[1] 中华人民共和国国家标准《建筑设计防火规范》 （GB 50016-2006）.北京，中国计划出版社，2006.[2] 李国强等著.钢结构及钢－混凝土组合结构抗火设计[M]. 中国建筑工业出版社，2006.[3] 李国强等著.钢结构抗火计算与设计[M]. 中国建筑工业出版社， 1999.[4] 李国强.性能化钢结构抗火设计—第十三届全国结构工程学术会议特邀报告 [A].第十三届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅰ册）[C]. 2004.[5] 李国强.我国钢结构防火工程安全保障体系的现状、问题及建议[A]. 中国钢结构协会四届四次理事会暨 2006 年全国钢结构学术年会论文集[C]. 2006.[6] 丁阳.提高钢结构建筑防火性能方法综述[J]. 江西科学,2013,31(1):67-70.。