四、钢结构的防火
钢结构耐火性能较差,与混凝土结构的耐火性能相比见表5所示。钢结构的耐火强度比钢筋混凝土结构低,且刚度下降较多,在发生火灾时,火场温度高达800℃~1000℃,裸露的钢结构会发生较大的塑性变形而致使结构倒塌。因此,对钢结构必须加以保护以提高耐火时间从而把火灾损失降到最小。
在住宅建筑中,有很多分户墙构成很多防火分区,某户发生火灾后不会很快蔓延整楼层或整栋建筑着火。不仅如此,还有许多有利因素:
第一是钢结构具有一定的强度储备。一幢建筑发生火灾不是各层各房间同时燃烧,而是局部先起火,个别构件先达到耐火极限而丧失承载力被破坏。但是,按弹性理论设计的超静定结构,当个别构件破坏后仍能继续承载,如一根连续梁当中某个截面出现塑性铰后梁仍保持承载力。另外,结构设计是按重力荷载、风、地震组合,火灾发生时不一定会有大风和地震同时出现。因此,结构强度有一定的储备。
第二是住宅房间内有多少可燃物、究竟能产生多少热量以及达到钢构件300℃以上的温度能持续多长时间的问题。对此,国外提出一个火灾荷载概念:火灾荷载是由一个给定空间内所有可燃材料的总量以及燃烧所释放的热量来计算,即
Qi=Gi·Hμ (4.6.2-1)
式 中, Qi为 每 种 可 燃 材 料 产 生 的 热 量(Mcal); Gi为可燃材料的重量(kg); Hμ为正常温度下可燃材料发热量(Mcal/kg),见表6所列。
任何特定的材料燃烧性能是由发生燃烧的区段内形成的“时间·温度”曲线表示的,这一曲线又可以进而与国际标准“时间·温度”曲线找到对应关系,从而得到所考虑区段火灾荷载作用的国际标准时间。如表7所示。
从火灾中包围结构构件气体温度可以计算出传给构件的总热量,考虑到由各种外包层形成的隔热能力,每个构件的温度应分别计算。如果这种外包层能防止结构构件的升温超过临界值T,则该构件设计本身就不必考虑火灾的外加荷载。如果从达到某一临界温度所持续燃烧的时间没有超过受保护钢构件的耐火极限,也就是安全的。换句话说,钢结构建筑不一定都要求做防火设计,这样的工程实例很多。
如果考虑了以上的因素,就能缓和严格的耐火要求,采用较少的防护材料从而降低费用。总之,目前按现行国家防火规范设计的钢结构是完全可以满足实际防火能力的,多余的担心是没有根据的。美国“9.11”事件是极其偶然的,人类历史上也仅为这一次,各国不会因为“9.11”而修改自己的行业技术政策,钢结构住宅也没有可能遭受这样大的火灾灾害。
五、结论
钢材锈蚀是氧化反应,当钢材被除锈彻底,防腐涂料牢牢附着在钢材表面,再有防火涂料和装修材料的保护,完全把空气隔绝,钢材就不能被氧化。至于防锈漆的年限是指它耐风化的时间。潮湿也不一定就发生腐蚀,不然我们建筑为何大量采用钢桩。关于钢结构防火是个管理问题,要求从技术上彻底防火那就不是建筑,而是一座炼钢炉!现行的耐火时限是逃生时间,不是要建筑“烧不塌”.
我们要把研究与应用区分开来,研究可以无止境,应用“够了”就好。工程应用按“规范”规定做,我国的防腐和防火规范是能够满足工程需要的,怀疑和否定规范也是违反规范的。“怀疑”可以通过交流解决,“否定”就不好办了,就会阻碍钢结构建筑的发展。
参考文献:
[1] 沈祖炎主编,《钢结构制作安装手册》,中国建筑工业出版社,1998.
[2] 冶金部建筑研究总院、马鞍山钢铁股份有限公司,《热轧 H 型钢设计手册》,中国计划出版社,1998.
[3] 中华人民共和国国家标准,《钢结构设计规范》GB50017-2003,2003.
[4] 中华人民共和国国家标准,《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001,2002.
[5] [ 西德 ]F. 哈特 W. 海恩 H. 桑塔格 着,夏英超等译,《钢结构建筑资料集》中国建筑出版社,1983.