钢结构防火设计的探讨.docx

钢结构防火设计的探讨【摘要】钢结构厂房由于其施工简便、节约经济等优点在现代工业建筑中已得到广泛应用但钢结构耐火性能低使防火设计显得尤为重要。作者接合工作中遇到的实际问题通过对钢结构厂房的特点和火灾危险性的分析提出几点关于钢结构厂房在防火设计与保护的方式。【关键词】钢结构防火设计保护中图分类号：TU391文献标识码：A文章编号：钢结构建筑与钢筋混凝土结构相比有着强度高、质量轻、塑性和韧性好、工业化程度高、拆迁方便、密封性好等优点因而在超高、超大工业与民用建筑中使用比较广泛。然而钢结构也有着自身的缺陷如耐火性差、耐腐蚀性差等其中耐火问题显得尤为突出。因此钢结构防火问题的研究具有重要的指导意义。一、钢结构耐火极限及破坏机理钢结构的耐火极限是指构件在标准耐火试验中从受到火的作用时起到失去稳定性或完整性或绝热性止这段抵抗火作用的时间。耐火极限是划分建筑耐火等级的基础数据也是进行建筑物防火构造设计和火灾后制定建筑物修复方案的科学依据。根据傅里叶定律热流强度q与温度梯度成正比即q=-(λdT)/dx。也就是说当构件表面受热时由于导热系数λ较大热可很快传到内部因而温度梯度dT/dx很小加之钢构件截面多为薄壁状表面温度和内部温度相差无几。因此可以认为构件内部温度均匀分布即使构件是非燃烧材料由于钢材导热性好局部或表面遭受火灾作用时将迅速引起整个结构或构件温度急剧升高构件产生膨胀且强度降低导致构件降低或完全丧失承载能力。钢结构在高温下还会产生很大的塑性变形形成局部破坏最终造成钢结构建筑整体倒塌。二、钢结构防火设计方法随着人们对钢结构防火设计认识的不断深化和结构防火计算与设计理论研究的不断深入钢结构防火设计的方法也在不断发展可以大致分为以下四个阶段。1、基于试验的构件防火设计方法这种方法以试验数据为依据通过进行不同类型构件（梁和柱）在规定荷载分布与标准升温下的耐火试验确定在采取不同防火措施（如防火涂料）后构件的耐火时间。通过进行一系列的试验可确定各种防火措施（包括同种防火措施不同防火程度如不同防火涂料厚度）相应的构件耐火时间。进行结构防火设计时可根据构件的耐火时间要求直接选取对应的防火保护措施。基于试验的构件防火设计方法简单、直观应用方便最初各国的钢结构防火设计均采用这种方法。实际上我国现《建筑设计防火规范》GBJI6-87关于钢梁和钢柱防火措施要求也是基于这种方法。2、基于计算的构件防火设计方法为考虑荷载的分布、大小及构件的端部约束状态对构件耐火时间的影响可按所设计结构的实际情况进行一系列的构件耐火试验但是费用昂贵。为解决基于试验的构件防火设计方法存在的问题钢结构防火计算理论研究引起了很多研究者的重视开展了大量的研究工作。理论研究以有限元为主也有采用经典解析分析方法基本建立了能考虑任意荷载方式和端部约束状态影响的钢结构防火设计方法。目前这种方法已被英国、澳大利亚、欧共体等国家（组织）的钢结构设计规范采用。上海市工程建设规范《建筑钢结构防火技术规程》DG/TJ08-008-2000也采用这种方法。3、基于计算的结构防火设计方法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破坏并不意味着整体结构的破坏。特别是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的继续承载的能力。当结构防火设计以防止整体结构倒塌为目标时则基于整体结构的承载能力极限状态进行防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还没有提出适于工程实用方法被有关规范采纳。4、考虑火灾随机性的结构防火设计方法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且火灾发生后空气升温的变异性很大要实现结构防火的概率可靠性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防火设计方法尚是有待研究的一个课题是结构防火设计发展的一个方向。三、现阶段钢结构防火应解决的问题1、结构在火灾中的整体研究结构的主要作用是作为整体承受荷载火灾下结构单个构件的破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体结构倒塌为目标时则基于整体结构的承载能力极限状态进行抗火设计更为合理。2、结构防火计算模型与真实火灾差别较大真实火灾中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；其次构件在结构中的端部约束在试验中难以模拟而端部约束也是影响构件耐火时间的重要因素；再次构件受