从力学性能特点谈钢结构建筑防火

　　吴永清王丽构，因此构件膨胀产生附加应力。试验结果表明，在0*C700*C左右（钢温），构件的热膨胀随温度的升高而增大但在800C900C期间，构件在原有伸长的基础上出现缩短现象温度超过900C时，又开始膨胀，出现“相位变换”。

　　2在高温下，钢材的力学性能发生变化。250C以下时，钢结构的强度和弹性模量变化不大，超过250C时，即开始发生“塑性流动”钢温超过300C以上，强度和弹性模量明显减小，20C左右钢材的屈服应力在15分钟左右即可达到。

　　荷载和温度引起的应力变化，造成的弹钢结构与钢筋混凝土结构和砌体结构相比，具有自重轻、施工周期短、抗震性能好、便于工业化生产、劳动强度低、再生利用率高等优点。钢结构随着国民经济和科学技术的发展，应用范围日趋广泛。由于其应用及结构形式发展较快，也带来了一些新的防火性能要求，而相关的防火设计规范在结构防火、构件耐火方面的阐述尚不够细，缺乏对整体结构统一的防火要求。因此有必要依据建筑防火性能化要求，在规范的基础上，综合提出防火要求，充分利用现有条件，提高建筑物整体防火性能，确保建筑耐火等级要求和结构防火保护措施一致。因此，对钢结构防火性能要求不仅要严格依据建筑防火设计规范进行核查，而且要在规范基础上，根据其力学性能特点，具体问题具体分析，才能适应目前钢结构建筑的防火发展趋势。

　　一、钢结构在火灾高温状态下引起结构性能变化所应考虑的主要因素钢是不燃材料，但是作为结构材料，其耐火性能并不是**的，极易在受火高温状态下发生应变，导致结构破坏。主要因素有当温度升高时，钢构件要发生膨胀。因为钢结构一般为受到约束的超静定结翼缘侧移失稳、塑性铰现象。多、高层框架由于高温或梁柱下的局部火灾作用，使梁产生伸张、压弯变形以及翼缘侧移失稳，其伸胀和温度引起的强度降低又使柱出现弯曲变形，从而造成整体结构破坏。

　　性应变、塑性应变、蠕变，对结构的承载能力和完整性产生巨大的影响。

　　温烟气通过辐射、对流向构件传热，而作为一种热导性好的固体构件，钢材内部热传导是非常快的，因此其结构受热容易迅速传播，造成结构受热面积扩大。

　　构的基本功能是承受荷载，在火灾中，随着钢结构内部温度的升高，承载能力将下降，当下降到与荷载、温度产生的组合效应相等时，结构达到受火承载极限状态。钢结构的性能安全需要充分考虑荷载与结构约束条件的作用，才能在抗火设计时充分满足性能安全要求，使结构在承受确定荷载条件下，满足“结构耐火”时间要求。

　　二、几种主要钢结构形式在火灾状态下的破坏特征屋面承重结构，其结构形式主要是杆件通过螺栓或焊接连接起来的空间屋盖承重结构，整体连接性比较好，但是在高温下，杆件或接点变形，尤其是塑性变形或伸胀都会引起结构大的变化甚至被破坏。

　　层大空间公共建筑、工业厂房仓库中应用十分广泛，此种结构是由钢门架通过斜拉支撑和檩条连接为一体构成的。其中门架构件由型材通过螺栓相互连接，再与基础连接而成，本身为铰接构件，属于不稳定结构，只有通过檩条、斜拉支撑、连接梁的连接才能结成稳定结构。如果门式钢架的连接构件在荷载和高温的组合作用下达到承载极限，门架则容易发生类似“多米诺”骨牌倒塌式的事故。

　　从某种程度上讲，此类结构形式的建筑物耐火时间是由这些构件的整体作用决定的。

　　式，属于超静定结构，容易在火灾下产生较大的温度应力。高温下梁和柱容易因为应力的变化产生轴向应变、蠕变、上下金属屋面主要是轻钢铁皮。施工简便，应用广泛。由于其结构特点所致，除很小的火灾外，受到高温后，无保护层的铁皮极易因温度过高而产生塑性变化，导致整体坍塌，造成火灾蔓延，且影响扑救并可能带来较大经济损失和人员伤亡。

　　钢桁架主要作为大跨度空间结构梁使用。具有重量轻、结构紧凑简洁的特点，但是由于其构件构成特性，受高温影响，容易产生温度应力，造成结构破坏。破坏特点随其做为框架梁、简支梁的不同而有所差异。

　　三、提高钢结构防火性能安全的主要防火防护措施水冷却法。这种方法对结构设计、供水设施有专门要求，目前实际很少应用。

　　单面屏蔽法。主要是在钢构件的迎火面设置阻火屏障，将构件与火焰隔开。

　　浇注混凝土（一般做成实心防护）或砌筑耐火砖。完全封闭钢构件，但是占用的空间大。

　　采用耐火轻质板材作为防火外包层（一般做成空心包裹方式）。用轻质板材、龙骨将钢构件包覆，主要用在住宅、写字楼比较适合。

　　涂抹防火涂料（属于紧贴施工法）。施工简便、重量轻，耐火时间长，而且不受构件形状限制，经济性和实用性比较好。

　　综合防护法。将以上几种措施根据经济性、美观性要求进行综合使用。

　　为求防火性能的*佳化，在优化设计的基础上，合理地设置建筑自动灭火设备及以上防护措施。

　　四、影响钢结构防火性能安全的主要人为因素及防范措施不能严格根据钢结构建筑使用性质类型确定建筑防火要求，从而出现要求不严，以致建筑整体防火性能达不到要求的问题，特别是在使用功能复杂的以及用途不确定的建筑上，更容易出现这类问题。因此应尽可能地了解清楚建筑耐火等级和重要性，熟悉图纸，并适当预测其使用方向和特点，正确确定防火性能要求。

　　采取防护措施不当，造成施工不便，以致存在防护漏洞，另外对结构接点的防护不注意，或者对交叉施工考虑不足，不能及时弥补裸露结构部分的防护等。因此，在施工管理中应提高技术的准确性和全面性，强化施工现场监督力度。

　　没有对结构安全性能进行综合论证，忽视针对建筑的结构性能要求采取防护措施。应充分注意熟悉结构力学特点及防火使用性能安全要求，采取更为全面和准确的防护措施。

　　对钢结构防火保护措施不够重视或者不够清楚，造成疏漏。如对防火涂料的涂刷特点、厚度不熟悉，造成防护措施达不到要求，影响建筑整体防火性能安全。

　　施工现场监督不严，对使用的防火材料或采取的防护措施在施工中不按操作规程施工，造成偷工减料和防护措施徒有其表的问题。

　　对高温烟气给钢结构的整体破坏带来的不利影响注意不够。

　　对建筑空间特点和火灾荷载参数特点分析不足，影响对整个建筑防火性能要求的正确把握。对有些空间大、用途明确、火灾荷载小的钢结构建筑，进行适当的、有重点的防护，既经济又能满足性能化安全要求，可以适当地放宽防火要求。

　　总之，钢结构的特点决定了其防火性能安全要求相对混凝土结构复杂一些，因此充分进行钢结构防火性能分析，有针对性的对建筑物做好防火防护措施，作为规范要求的有效延伸，对有效提高钢结构建筑使用安全性能是很有必要的。