鋼結構建筑存在問題及防火保護措施

　　1、引? 言
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　　鋼結構作為現代建筑的一種主要形式，具有強度高、自重輕、抗震性能好、施工周期短、建筑工業化程度高、空間利用率大等優點，為建筑的優化設計提供了相當大的空間，為企業節省了大量的投資，贏得了更多的利益。因此，近年來，鋼結構建筑在業內得到了廣泛的應用。然而，鋼結構建筑耐火性能差的特點也非常明顯，筆者根據當前鋼結構使用廣泛的實際，分析了鋼結構建筑在火災防范中存在的缺陷，提出了鋼結構建筑中一些防火措施，作為鋼結構建筑防火設計和重大火災隱患整改參考。
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　　2、鋼結構的運用現狀
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　　近年來，隨著經濟的快速發展帶來了建筑業的空前繁榮，一些大跨度、超高層建筑應運而生。建筑物中運用鋼結構種類越來越多，廠房、橋梁、住宅、工廠、倉庫、體育館、展覽館、超市等建筑也越來越廣泛運用輕鋼結構。人類文化生活的不斷提高，對高層、大跨度建筑的要求也就越來越高，鋼結構本身具備自重輕，強度高，施工快等獨特優點，因此對高層、大跨度，尤其是超高層、超大跨度，采用鋼結構是非常理想的的選擇。目前世界上最高、最大的建筑一般都是采用鋼結構，而歷屆奧運會的場館也多采用鋼結構，如：世界第三高度420米的上海金茂大廈，具有國際領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，采用國產鋼材、國內設計、施工的大連世貿中心，跨度216米的公路鐵路兩用低塔斜拉橋——蕪湖長江大橋，上海寶鋼大型軋鋼廠房等。隨著鋼結構的發展，我國低層、多層及輕鋼結構運用越來越廣泛，高層及超高層和大跨度鋼結構也有了較大發展。
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　　3、鋼結構建筑存在的消防安全問題。
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　　鋼結構建筑的梁、柱、屋架是建筑的骨架，它的安全性直接關系到整幢建筑的安全，它們大都采用鋼材。與其存在的優點相比較，鋼結構也存在其自身缺點，鋼結構建筑耐火極限低，保溫隔熱性能差，容易腐蝕等。國內外鋼結構建筑物的火災案例都證明，發生火災后20分鐘以內鋼結構建筑物就會被燒垮，變成一片廢墟。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。特別是美國“9.11”事件后，鋼結構的一大致命缺陷即抗高溫軟化能力差的問題引起人們的普遍關注。
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　　3.1 鋼結構的耐火等級較差
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　　鋼的內部晶體組織對溫度非常敏感，溫度的升高或者降低都會使鋼材性能發生變化?？偟内厔菔请S著溫度的升高，鋼材強度降低，變形增大。根據鋼構件耐火實驗得到鋼構件的耐火極限為：
　　　　t=0.54(Ts-50)(F/V)-0.6
　　式中：t—耐火極限，min（分鐘）；
　　　　　Ts—鋼構件溫度，℃（攝氏度）；
　　　　　F/V—構件的截面系數，等于單位長度構件的受火面積與其體積的比值，m-1。
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　　耐火極限是指對任一建筑構件按時間-溫度標準曲線進行耐火實驗，從受到火的作用時起，到失去支持能力或完整性被破壞或失去隔火作用時止的這段時間。因此，常用鋼結構構件的耐火極限只有15min—30min。我國20世紀90年代初對裸露鋼梁的耐火極限進行了驗證，確認I36b、I40b標準工字鋼梁的耐火極限分別為15min、16min。
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　　《建筑設計防火規范》GB50016-2006中，將建筑物的耐火等級劃分為四級，劃分的依據是組成建筑物的構件的燃燒性能和構件最低的耐火極限。未經防火保護的鋼結構建筑物的耐火等級僅為四級，不能滿足火災情況下對建筑防火的要求。鋼結構適用的體育館、劇院等重要公共建筑，規范要求應達到一、二級耐火等級；高層建筑，規范要求應為一、二級耐火等級；而丙類的工業廠房，規范要求最低的耐火等級為三級。所以，鋼結構建筑物必須對鋼結構進行必要的防火保護，克服其材料實際應用中耐火性能的不足，達到規范對相應使用性質和建筑規模建筑物的耐火等級要求。
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　　3.2 鋼結構遇高溫易變形，造成建筑物倒塌
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　　鋼是含碳量小于2%的鐵碳合金，碳大于2%時則為鑄鐵，制造鋼結構所用的材料由碳素結構鋼中的低碳鋼及低合金鋼，碳素結構鋼由純鐵、碳及雜質元素組成，低合金結構鋼中，除上述元素外還加入合金元素，后者總量通常不超過3%。碳是形成鋼材強度的主要成分，碳含量提高，則鋼材強度提高，但同時鋼材的塑性、韌性、冷彎性能、可焊性及抗銹蝕能力下降。含碳量小于0.25%的為低碳鋼，鋼結構用鋼的碳含量一般不大于0.22%，鋼材雖然是不燃燒體，但就其自身耐火性能來講，遠低于磚石和鋼筋混凝土，鋼結構建筑具有耐火性能差這個致命弱點，在未進行防火保護的情況下，火災時，其強度會迅速下降，約在150℃以內鋼材性能沒有很大的變化，在430℃—540℃之間則強度急劇下降，600℃時強度很低不能承擔荷載。另外，250℃附近出現蘭脆現象，約260℃—320℃時有徐變現象。在自身溫度達到540℃左右時，鋼材的屈服應力僅有常溫屈服應力值的40%，使承載能力急劇下降，鋼結構不可避免地發生變形，造成鋼結構建筑物一部分或全部垮塌毀壞。一般火場溫度達到800℃—1000℃，在這樣高的溫度下，裸露的鋼結構會很快出現塑性變形，產生局部破壞，造成鋼結構建筑整體倒塌。