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
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。
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。
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