鋼的耐火結(jié)構(gòu)

1、近年來，我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展也致使各類建筑業(yè)的得到了空前的繁榮，一些大跨度、超高層建筑應(yīng)運而生。建筑物中運用鋼結(jié)構(gòu)種類越來越多，廠房、住宅、橋梁、倉庫、體育館、展覽館、超市等建筑也越來越廣泛運用鋼結(jié)構(gòu)材料。鋼結(jié)構(gòu)本身具備自重輕，強(qiáng)度高，施工快等獨特優(yōu)點，因此對高層、大跨度，尤其是超高層、超大跨度，采用鋼結(jié)構(gòu)更是非常理想。鋼結(jié)構(gòu)的快速發(fā)展，在我國取得了不少成就。第一，鋼結(jié)構(gòu)建筑的數(shù)量不斷增加，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，如

2、：2008年奧運主體育場“鳥巢”，世界第三高度420米的上海金茂大廈，具有國際領(lǐng)先水平的深圳賽格大廈72層、高度291米全部采用鋼管混凝土柱，采用國產(chǎn)鋼材、國內(nèi)設(shè)計、施工的大連世貿(mào)中心，跨度216米的公路鐵路兩用低塔斜拉橋的蕪湖長江大橋，上海寶鋼大型軋鋼廠房，咸陽市也建成了西北地區(qū)首座鋼結(jié)構(gòu)商住樓麗彩廣場C座，三十二層，建筑高度98米，成為現(xiàn)代咸陽的標(biāo)志性建筑。第二，鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)不斷改進(jìn)。由于以前鋼材使用受限制，建筑采用傳統(tǒng)的模式，而現(xiàn)在

3、出現(xiàn)了鋼管、圓管、鋼構(gòu)混凝土等，要求結(jié)構(gòu)的節(jié)點也隨之變化，管管相接。材料上，有高強(qiáng)度的鋼，厚板鋼材，玻璃，不銹鋼，鈦合金。施工上也有新的工藝。鋼結(jié)構(gòu)在我國具有極大的發(fā)展空間，國外鋼結(jié)構(gòu)建筑使用鋼材占鋼材總量的10%左右，而中國僅占4%左右，我國的人均鋼材占有量剛達(dá)到世界人均水平100千克左右，日本人均鋼材占有量是400500千克，有一定差距?，F(xiàn)階段我國鋼結(jié)構(gòu)建筑只占建筑總量不足3％的比例，發(fā)達(dá)國家已占30％～50％。我國鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展具有較

4、大的空間和潛力，伴隨著建筑市場的持續(xù)發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展將得到進(jìn)一步的推動。中國處于全面建設(shè)的高峰期，正大量消耗著全球的自然資源。鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)相比，它環(huán)保且更利于建筑產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展。鋼結(jié)構(gòu)建筑在現(xiàn)代建設(shè)中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。但鋼結(jié)構(gòu)耐火性能低，如何提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能對于建筑的安全性至關(guān)重要。二、鋼結(jié)構(gòu)建筑火災(zāi)特點在加熱的情況下，鋼材的力學(xué)性能隨著溫度的升高而變化。一般表現(xiàn)為彈性模量、屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度隨溫度的升高而下降，塑性變形

5、和蠕變隨溫度的升高而增加。在200℃～350℃時熱軋鋼出現(xiàn)所謂的“藍(lán)脆”現(xiàn)象，此時鋼材的極限強(qiáng)度提高而塑性降低，與其他溫度段相比變“脆”。在500℃時，鋼的極限強(qiáng)度和屈服極限大大降低，塑性增大。在450℃～600℃時，碳化物趨于石墨化和球化。石墨化的產(chǎn)物是由于碳化鐵分解，生成游離的石墨粒的結(jié)果。如果加熱的溫度越高，時間越長，鋼的含碳量越高，則碳化物的球化便越劇烈。存在石墨化和球化，表明鋼在高溫下弱化了，力學(xué)性能降低。合金材料的加入一般會

6、使鋼的上述變化需要的溫度提高。試驗結(jié)果表明：在200℃以內(nèi)強(qiáng)度變化不明顯，屈服強(qiáng)度略有下降，而極限強(qiáng)度基本沒有變化。200℃以后屈服強(qiáng)度隨溫度升高而降低的速率開始加快。極限強(qiáng)度在200℃～300℃由于出現(xiàn)“藍(lán)脆”而較常溫下略有提高，300℃以后極限強(qiáng)度隨溫度升高明顯降低。在600℃時，低碳鋼的屈服強(qiáng)度和極限強(qiáng)度均只有常溫時的35%～40%，而碳素鋼絲的強(qiáng)度更低。隨著溫度進(jìn)一步升高，在800℃時鋼材的強(qiáng)度基本消失。同時鋼材的伸長率和截面收

7、縮率隨溫度升高面增大，表明高溫下鋼材的塑性性能增大，易于變形。此外，鋼材在一定溫度和應(yīng)力作用下，隨時間的推移會發(fā)生緩慢變形，即蠕變，蠕變會導(dǎo)致材料松馳。鋼材在高溫下屈服點降低是決定鋼結(jié)構(gòu)耐火性能的重要因素，如某一鋼構(gòu)件在常溫下受荷載作用應(yīng)用值是屈服點的一半，但火災(zāi)時由于鋼材在火災(zāi)高溫作用下屈服強(qiáng)度降低，當(dāng)實際應(yīng)力值達(dá)到了降低了的屈服強(qiáng)度時就表現(xiàn)出屈服現(xiàn)象而破壞，使結(jié)構(gòu)承載能力急劇下降，造成鋼結(jié)構(gòu)建筑物部分或全部垮塌毀壞。這類典型的火災(zāi)案

8、例有，2001年世貿(mào)大廈1、鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的防火原理。鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的防火原理是采用絕熱或吸熱的材料阻隔火焰直接灼燒鋼結(jié)構(gòu)，降低熱量向鋼材傳遞的速度，推遲鋼結(jié)構(gòu)溫升和強(qiáng)度減弱的時間。根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料》(GB149072002)，鋼結(jié)構(gòu)防火涂料定義為施涂于建筑物及構(gòu)筑的鋼結(jié)構(gòu)表面，能形成耐火隔熱保護(hù)層以提高鋼結(jié)構(gòu)耐火極限的涂料。2、鋼結(jié)構(gòu)防火涂料分類及優(yōu)缺點。鋼結(jié)構(gòu)防火涂料一般可分為厚涂型、薄涂型和超薄型。目前，鋼結(jié)構(gòu)防火涂料代表性的

9、產(chǎn)品有：國內(nèi)的“SD22”“TN2LG”防火涂料，“SD21”“LB”防火涂料，“SCB”、“SCA”防火涂料。國外的產(chǎn)品如英國GraceConstructionProducts的“MonoketeFireproofingUK26”，美國美商華人企業(yè)股份有限公司的“AD”防火涂料，德國Herberts的“WaterBased38320”防火涂料，38091型防火涂料，英國的“Nullifire”防火涂料等等。（1）厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料是

10、指涂層使用厚度在8毫米～50毫米的涂料，這類鋼結(jié)構(gòu)防火涂料主要由多孔絕熱材料如粉煤灰空心微珠、膨脹珍珠巖、膨脹蛭石、石墨、礦物纖維等為骨料配以耐高溫粘結(jié)劑而制成。其防火原理就是由于涂層的導(dǎo)熱系數(shù)小，具有良好的熱絕緣性，從而可在火災(zāi)中有效保護(hù)鋼材不受破壞。厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的耐火極限一般為0.5小時～3小時。厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的優(yōu)點：耐火極限高，可達(dá)3小時；主要組分為無機(jī)材料，耐火性能受環(huán)境影響??；原材料來源廣，價格低；遇火時不會放出

11、有毒有害氣體。缺點是涂層厚、自重大，粘結(jié)力差，易剝落；表面粗糙，裝飾性差；施工麻煩，水泥基涂料需養(yǎng)護(hù)。（2）薄涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料是指涂層使用厚度在3毫米～7毫米的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。目前國內(nèi)外所使用的薄涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料一般均為膨脹型防火涂料。膨脹型防火涂料膨脹組分一般由脫水成炭催化劑、成炭劑和發(fā)泡劑三部分組成。膨脹型防火涂料受熱時，成炭劑在催化劑作用下脫水成炭，炭化物在發(fā)泡劑分解的氣體作用下形成膨松、有封閉結(jié)構(gòu)的炭層，該炭層可以阻止基材與

12、熱源間的熱傳導(dǎo)，另外多孔炭層可以阻止氣體擴(kuò)散，同時阻止外部氧氣擴(kuò)散到基材表面，達(dá)到防火目的。薄涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的優(yōu)點：涂層薄、質(zhì)輕，粘結(jié)力強(qiáng)，干燥快；表面光滑，顏色可調(diào)，裝飾性好；單位面積用量少；施工簡便，抗震動、抗撓曲性強(qiáng)。缺點是主要組分為有機(jī)材料，遇火時可能會釋放出氨、HCN、鹵化氫、一氧化氮、二氧化氮、一氧化碳、二氧化碳、氯、溴等有毒有害氣體；還有耐久性差，存在隨著環(huán)境、時間等溶出、分解、降解和老化等問題，耐火性能受環(huán)境影響大，

13、嚴(yán)格意義說不能用于室外。（3）超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料是指涂層使用厚度不超過3毫米的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的防火機(jī)理與薄涂型完全一致。因目前國內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的發(fā)展趨勢是涂層超薄、裝飾性強(qiáng)、施工方便、防火性能高、應(yīng)用范圍廣，對涂料的粘結(jié)力和耐水性有較高的要求，因此，超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料一般為油性膨脹型防火涂料，本涂料除應(yīng)具有較好的防火隔熱性能、粘接力好、強(qiáng)度高，能經(jīng)受高低溫循環(huán)的影響外，涂層還應(yīng)具有良好的耐水性、耐酸性、耐鹽

14、腐蝕性，和不易脫落，貯存穩(wěn)定，裝飾性好，施工方便等特點。這類鋼結(jié)構(gòu)防火涂料受火時膨脹發(fā)泡形成致密的防火隔熱層，該防火隔熱層延緩了鋼材的升溫，提高了鋼構(gòu)件的耐火極限。與厚涂型和薄涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料相比，超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料粒度更細(xì)、涂層更薄、施工方便、裝飾性更好是其突出特點，在滿足防火要求的同時，又能滿足人們高裝飾性要求，特別是對于裸露的鋼結(jié)構(gòu)。超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的優(yōu)點：涂層更好、裝飾性更好，兼具薄型涂料的優(yōu)點，施工受環(huán)境影響小。但同樣