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2017二級結構工程師考點:鋼結構的耐火保護
[ 時間:2017-03-10 點擊:1021 ]
我國雖然早期在鐵結構方面有卓越的成就,但由于2000多年的封建制度的束縛,科學不發達,因此,長期停留于鐵制建筑物的水平。直到19世紀末,我國才開始采用現代化鋼結構。新中國成立后,鋼結構的應用有了很大的發展,不論在數量上或質量上都遠遠超過了過去。在設計、制造和安裝等技術方面都達到了較高的水平,掌握了各種復雜建筑物的設計和施工技術,在全國各地已經建造了許多規模巨大而且結構復雜的鋼結構廠房、大跨度鋼結構民用建筑及鐵路橋梁等,我國的人民大會堂鋼屋架,北京和上海等地的體育館的鋼網架,陜西秦始皇兵馬傭陳列館的三鉸鋼拱架等。
1. 鋼結構的優點
1.1鋼結構的重量輕,雖然鋼的比重大,但因其機械性能很好,可以承受較大的荷載,故鋼結構件截面尺寸小,同樣跨度同樣荷載時,鋼屋架的重量最多不過鋼筋混凝土屋架的1/4或1/3,鋼結構的重量小,便于運輸。
1.2. 材質均勻,與力學計算的假定比較符合,鋼材內部組織比較均勻,按近于各向同性體,而且在一定的應力幅度內幾乎是完全彈性的。因此,鋼結構的實際受力情況與建筑力學計算的結果比較符合。
1.3. 鋼結構制造、安裝機械化程度高。鋼結構具有某種段度的技術密集型性質,鋼結構所用的材料單一,而且是成品,加工簡便,機械化程度高,建造迅速,容易保證質量,適宜于成批大量生產,從構件的工廠加工到現場吊裝,工業化程度大大高于具有勞動密集性質的現澆鋼筋混凝土結構。
1.4. 鋼結構安裝施工簡便。綱結構由專業化金屬構件廠生產構件(梁、屋架、柱等),在工地上用電焊或螺栓(或高強螺栓)連接起來,施工安裝簡便迅速, 提高施工速度,已成為降低工程造價的最主要因素,結構造價問題已降到次要的地位。而且,螺栓連接的鋼結構便于改造拆遷。
1.5. 鋼結構在平面布局上的靈活性,則是另一重要特點。在信息時代的今天,對室內平面,空間和內部設施的要求更加嚴格了。原先的布局和設備,不久就可能變成不太適用或完全不適用,鋼結構卻可為平面重新布局提供更大的可能性,從而延長建筑物的使用壽命。鋼結構雖然有這么多優點,但卻有一個致命的缺點:不耐火。鋼材雖然是不燃材料,但在火災高溫作用下,其力學性能如屈服強度、彈性模量等卻會隨溫度升高而降低,在550℃左右時,降低幅度更為明顯,一般在15分鐘左右就會喪失承重能力而垮塌。國內外鋼結構建筑物的火災案例都證明,發生火災后20分鐘以內就把建筑物燒垮,最后形成一片廢墟。1973年5月天津市體育館火災,1969年12月上海文化廣場火災,1972年8月北京二七機車車輛廠纖維板車間火災,都曝露了鋼結構耐火性能差的致命弱點。
2. 鋼結構的耐火保護方法
由于鋼結構耐火能差,在火災高溫作用下很快失效倒塌,耐火極限僅15分鐘,若采取措施,對鋼結構進行保護,使其在火災時溫度升高不超過臨界溫度,鋼結構在火災中就能保持穩定性,對鋼結構采取的保護措施,從原理上來講,主要可劃分為兩種:截流法和疏導法。
2.1. 截流法
截流法的原理是截斷或阻滯火災產生的熱流量向構件的傳輸,從而使構件在規定的時間內溫升不超過其臨界溫度。其作法是構件表面設置一層保護材料,火災產生的高溫首先傳給這些保護材料,再由保護材料使給構件。由于所選材料的導熱系數較小,而熱容又較大,所以能很好地阻滯熱流向構件的傳輸,從而起到保護作用。截流法又分為噴涂法、包封法、屏蔽法和水噴淋法。
2.1.1. 噴涂法
噴涂法是用噴涂機具將防火涂料直接噴在構件表面,形成保護層。鋼結構防火涂料按所使用的膠粘劑的不同可分為有機防火涂料和無機防火涂料兩類,按涂層厚度分為薄涂型和厚涂型兩類,薄涂型鋼結構涂料涂層厚度一般為2~7mm,有一定裝飾效果,高溫時涂層膨脹增厚,具有耐火隔熱作用,耐火極限可達0.5~1.5小時,這種涂料又稱綱結構膨脹防火涂料。厚涂型鋼結構防火涂料厚度一般為8~20mm,粒狀表面,密度較小,導熱系數低,耐火極限可達0.5~3.0小時,這種涂料又稱鋼結構防火隔熱涂料。
鋼結構防火涂料的防火原理有三個:一是涂層對鋼基材起屏蔽作用,使鋼結構不至于直接暴露在火焰高溫中。二是涂層吸熱后部分物質分解放出的水蒸汽或其他不燃氣體,起到消耗熱量、降低火焰溫度和燃燒速度、稀釋氧氣的作用。三是涂層本身多孔輕質和受熱后形成碳化泡沫層,阻止了熱量迅速向鋼基材傳遞,推遲了鋼基材強度的降低,從而提高了鋼結構的耐火極限。
薄涂型鋼結構防火涂料的主要品種有:LB、SG—1、SB—2、SS—1鋼結構膨脹防火涂料。厚涂型鋼結構防火涂料主要品種有:LG鋼結構防火隔熱涂料、STI—A、JG276、ST—86、SB—1、SG—2鋼結構防火涂料等。
在噴涂鋼結構防火涂料時,噴涂的厚度必須達到設計值,節點部位宜適當加厚,當遇有下列情況之一時,涂層內應設置與鋼結構相連的鋼絲網,以確保涂層牢固。
——承受沖去振動的梁
——設計層厚度大于40mm寸
——粘貼強度小于0.05MPa的涂料
——腹板高度大于1.5m的梁噴涂法適用范圍最為廣泛,可用于任何一種鋼構件的耐火保護。