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2017二級(jí)結(jié)構(gòu)工程師考點(diǎn)：鋼結(jié)構(gòu)的耐火保護(hù)
[ 時(shí)間：2017-03-10 點(diǎn)擊：1247 ]
我國雖然早期在鐵結(jié)構(gòu)方面有卓越的成就，但由于2000多年的封建制度的束縛，科學(xué)不發(fā)達(dá)，因此，長期停留于鐵制建筑物的水平。直到19世紀(jì)末，我國才開始采用現(xiàn)代化鋼結(jié)構(gòu)。新中國成立后，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用有了很大的發(fā)展，不論在數(shù)量上或質(zhì)量上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了過去。在設(shè)計(jì)、制造和安裝等技術(shù)方面都達(dá)到了較高的水平，掌握了各種復(fù)雜建筑物的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)，在全國各地已經(jīng)建造了許多規(guī)模巨大而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)廠房、大跨度鋼結(jié)構(gòu)民用建筑及鐵路橋梁等，我國的人民大會(huì)堂鋼屋架，北京和上海等地的體育館的鋼網(wǎng)架，陜西秦始皇兵馬傭陳列館的三鉸鋼拱架等。
1. 鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)
1.1鋼結(jié)構(gòu)的重量輕，雖然鋼的比重大，但因其機(jī)械性能很好，可以承受較大的荷載，故鋼結(jié)構(gòu)件截面尺寸小，同樣跨度同樣荷載時(shí)，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(jié)構(gòu)的重量小，便于運(yùn)輸。
1.2. 材質(zhì)均勻，與力學(xué)計(jì)算的假定比較符合，鋼材內(nèi)部組織比較均勻，按近于各向同性體，而且在一定的應(yīng)力幅度內(nèi)幾乎是完全彈性的。因此，鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況與建筑力學(xué)計(jì)算的結(jié)果比較符合。
1.3. 鋼結(jié)構(gòu)制造、安裝機(jī)械化程度高。鋼結(jié)構(gòu)具有某種段度的技術(shù)密集型性質(zhì)，鋼結(jié)構(gòu)所用的材料單一，而且是成品，加工簡便，機(jī)械化程度高，建造迅速，容易保證質(zhì)量，適宜于成批大量生產(chǎn)，從構(gòu)件的工廠加工到現(xiàn)場吊裝，工業(yè)化程度大大高于具有勞動(dòng)密集性質(zhì)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。
1.4. 鋼結(jié)構(gòu)安裝施工簡便。綱結(jié)構(gòu)由專業(yè)化金屬構(gòu)件廠生產(chǎn)構(gòu)件(梁、屋架、柱等)，在工地上用電焊或螺栓(或高強(qiáng)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(jià)的最主要因素，結(jié)構(gòu)造價(jià)問題已降到次要的地位。而且，螺栓連接的鋼結(jié)構(gòu)便于改造拆遷。
1.5. 鋼結(jié)構(gòu)在平面布局上的靈活性，則是另一重要特點(diǎn)。在信息時(shí)代的今天，對(duì)室內(nèi)平面，空間和內(nèi)部設(shè)施的要求更加嚴(yán)格了。原先的布局和設(shè)備，不久就可能變成不太適用或完全不適用，鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)雖然有這么多優(yōu)點(diǎn)，但卻有一個(gè)致命的缺點(diǎn)：不耐火。鋼材雖然是不燃材料，但在火災(zāi)高溫作用下，其力學(xué)性能如屈服強(qiáng)度、彈性模量等卻會(huì)隨溫度升高而降低，在550℃左右時(shí)，降低幅度更為明顯，一般在15分鐘左右就會(huì)喪失承重能力而垮塌。國內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)建筑物的火災(zāi)案例都證明，發(fā)生火災(zāi)后20分鐘以內(nèi)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(zāi)，1969年12月上海文化廣場火災(zāi)，1972年8月北京二七機(jī)車車輛廠纖維板車間火災(zāi)，都曝露了鋼結(jié)構(gòu)耐火性能差的致命弱點(diǎn)。
2. 鋼結(jié)構(gòu)的耐火保護(hù)方法
由于鋼結(jié)構(gòu)耐火能差，在火災(zāi)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(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)，使其在火災(zāi)時(shí)溫度升高不超過臨界溫度，鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中就能保持穩(wěn)定性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)采取的保護(hù)措施，從原理上來講，主要可劃分為兩種：截流法和疏導(dǎo)法。
2.1. 截流法
截流法的原理是截?cái)嗷蜃铚馂?zāi)產(chǎn)生的熱流量向構(gòu)件的傳輸，從而使構(gòu)件在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)溫升不超過其臨界溫度。其作法是構(gòu)件表面設(shè)置一層保護(hù)材料，火災(zāi)產(chǎn)生的高溫首先傳給這些保護(hù)材料，再由保護(hù)材料使給構(gòu)件。由于所選材料的導(dǎo)熱系數(shù)較小，而熱容又較大，所以能很好地阻滯熱流向構(gòu)件的傳輸，從而起到保護(hù)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(jī)具將防火涂料直接噴在構(gòu)件表面，形成保護(hù)層。鋼結(jié)構(gòu)防火涂料按所使用的膠粘劑的不同可分為有機(jī)防火涂料和無機(jī)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(jié)構(gòu)涂料涂層厚度一般為2～7mm，有一定裝飾效果，高溫時(shí)涂層膨脹增厚，具有耐火隔熱作用，耐火極限可達(dá)0.5～1.5小時(shí)，這種涂料又稱綱結(jié)構(gòu)膨脹防火涂料。厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料厚度一般為8～20mm，粒狀表面，密度較小，導(dǎo)熱系數(shù)低，耐火極限可達(dá)0.5～3.0小時(shí)，這種涂料又稱鋼結(jié)構(gòu)防火隔熱涂料。
鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的防火原理有三個(gè)：一是涂層對(duì)鋼基材起屏蔽作用，使鋼結(jié)構(gòu)不至于直接暴露在火焰高溫中。二是涂層吸熱后部分物質(zhì)分解放出的水蒸汽或其他不燃?xì)怏w，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(zhì)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(qiáng)度的降低，從而提高了鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限。
薄涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的主要品種有：LB、SG—1、SB—2、SS—1鋼結(jié)構(gòu)膨脹防火涂料。厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料主要品種有：LG鋼結(jié)構(gòu)防火隔熱涂料、STI—A、JG276、ST—86、SB—1、SG—2鋼結(jié)構(gòu)防火涂料等。
在噴涂鋼結(jié)構(gòu)防火涂料時(shí)，噴涂的厚度必須達(dá)到設(shè)計(jì)值，節(jié)點(diǎn)部位宜適當(dāng)加厚，當(dāng)遇有下列情況之一時(shí)，涂層內(nèi)應(yīng)設(shè)置與鋼結(jié)構(gòu)相連的鋼絲網(wǎng)，以確保涂層牢固。
——承受沖去振動(dòng)的梁
——設(shè)計(jì)層厚度大于40mm寸
——粘貼強(qiáng)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(gòu)件的耐火保護(hù)。