淺談鋼結(jié)構(gòu)的耐火保護(hù)

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我國(guó)雖然早期在鐵結(jié)構(gòu)方面有卓越的成就,但由于2000多年的封建制度的束縛,科學(xué)不發(fā)達(dá),因此,長(zhǎng)期停留于鐵制建筑物的水平。直到19世紀(jì)末,我國(guó)才開(kāi)始采用現(xiàn)代化鋼結(jié)構(gòu)。新中國(guó)成立后,鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用有了很大的發(fā)展,不論在數(shù)量上或質(zhì)量上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了過(guò)去。在設(shè)計(jì)、制造和安裝等技術(shù)方面都達(dá)到了較高的水平,掌握了各種復(fù)雜建筑物的設(shè)計(jì)和施工技術(shù),在全國(guó)各地已經(jīng)建造了許多規(guī)模巨大而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)廠房、大跨度鋼結(jié)構(gòu)民用建筑及鐵路橋梁等,我國(guó)的人民大會(huì)堂鋼屋架,北京和上海等地的體育館的鋼網(wǎng)架,陜西秦始皇兵馬傭陳列館的三鉸鋼拱架等。
    1. 鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)
    1.1鋼結(jié)構(gòu)的重量輕,雖然鋼的比重大,但因其機(jī)械性能很好,可以承受較大的荷載,故鋼結(jié)構(gòu)件截面尺寸小,同樣跨度同樣荷載時(shí),鋼屋架的重量最多不過(guò)鋼筋混凝土屋架的1/4或1/3,鋼結(jié)構(gòu)的重量小,便于運(yùn)輸。
    1.2. 材質(zhì)均勻,與力學(xué)計(jì)算的假定比較符合,鋼材內(nèi)部組織比較均勻,按近于各向同性體,而且在一定的應(yīng)力幅度內(nèi)幾乎是完全彈性的。因此,鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況與建筑力學(xué)計(jì)算的結(jié)果比較符合。
    1.3. 鋼結(jié)構(gòu)制造、安裝機(jī)械化程度高。鋼結(jié)構(gòu)具有某種段度的技術(shù)密集型性質(zhì),鋼結(jié)構(gòu)所用的材料單一,而且是成品,加工簡(jiǎn)便,機(jī)械化程度高,建造迅速,容易保證質(zhì)量,適宜于成批大量生產(chǎn),從構(gòu)件的工廠加工到現(xiàn)場(chǎng)吊裝,工業(yè)化程度大大高于具有勞動(dòng)密集性質(zhì)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。
    1.4. 鋼結(jié)構(gòu)安裝施工簡(jiǎn)便。綱結(jié)構(gòu)由專(zhuān)業(yè)化金屬構(gòu)件廠生產(chǎn)構(gòu)件(梁、屋架、柱等),在工地上用電焊或螺栓(或高強(qiáng)螺栓)連接起來(lái),施工安裝簡(jiǎn)便迅速, 提高施工速度,已成為降低工程造價(jià)的最主要因素,結(jié)構(gòu)造價(jià)問(wèn)題已降到次要的地位。而且,螺栓連接的鋼結(jié)構(gòu)便于改造拆遷。
    1.5. 鋼結(jié)構(gòu)在平面布局上的靈活性,則是另一重要特點(diǎn)。在信息時(shí)代的今天,對(duì)室內(nèi)平面,空間和內(nèi)部設(shè)施的要求更加嚴(yán)格了。原先的布局和設(shè)備,不久就可能變成不太適用或完全不適用,鋼結(jié)構(gòu)卻可為平面重新布局提供更大的可能性,從而延長(zhǎng)建筑物的使用壽命。
    鋼結(jié)構(gòu)雖然有這么多優(yōu)點(diǎn),但卻有一個(gè)致命的缺點(diǎn):不耐火。鋼材雖然是不燃材料,但在火災(zāi)高溫作用下,其力學(xué)性能如屈服強(qiáng)度、彈性模量等卻會(huì)隨溫度升高而降低,在550℃左右時(shí),降低幅度更為明顯,一般在15分鐘左右就會(huì)喪失承重能力而垮塌。國(guó)內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)建筑物的火災(zāi)案例都證明,發(fā)生火災(zāi)后20分鐘以?xún)?nèi)就把建筑物燒垮,最后形成一片廢墟。1973年5月天津市體育館火災(zāi),1969年12月上海文化廣場(chǎng)火災(zāi),1972年8月北京二七機(jī)車(chē)車(chē)輛廠纖維板車(chē)間火災(zāi),都曝露了鋼結(jié)構(gòu)耐火性能差的致命弱點(diǎn)。
    2. 鋼結(jié)構(gòu)的耐火保護(hù)方法
    由于鋼結(jié)構(gòu)耐火能差,在火災(zāi)高溫作用下很快失效倒塌,耐火極限僅15分鐘,若采取措施,對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù),使其在火災(zāi)時(shí)溫度升高不超過(guò)臨界溫度,鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中就能保持穩(wěn)定性,對(duì)鋼結(jié)構(gòu)采取的保護(hù)措施,從原理上來(lái)講,主要可劃分為兩種:截流法和疏導(dǎo)法。
    2.1. 截流法
    截流法的原理是截?cái)嗷蜃铚馂?zāi)產(chǎn)生的熱流量向構(gòu)件的傳輸,從而使構(gòu)件在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)溫升不超過(guò)其臨界溫度。其作法是構(gòu)件表面設(shè)置一層保護(hù)材料,火災(zāi)產(chǎn)生的高溫首先傳給這些保護(hù)材料,再由保護(hù)材料使給構(gòu)件。由于所選材料的導(dǎo)熱系數(shù)較小,而熱容又較大,所以能很好地阻滯熱流向構(gòu)件的傳輸,從而起到保護(hù)作用。截流法又分為噴涂法、包封法、屏蔽法和水噴淋法。