由于鋼結(jié)構(gòu)耐火性能差,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。
一、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。
a、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
——粘貼強(qiáng)度小于0.05MPa的涂料
——腹板高度大于1.5m的梁
噴涂法適用范圍廣泛,施工方法簡單,可用于任何一種鋼構(gòu)件的耐火保護(hù),目前國內(nèi)大部分鋼結(jié)構(gòu)建筑均采用此種方法。
b、包封法
包封法就是在鋼結(jié)構(gòu)表面做耐火保護(hù)層,將構(gòu)件包封起來,其具體做法有:
1. 用現(xiàn)澆混凝土作耐火保護(hù)層。所使用的材料有混凝土、輕質(zhì)混凝土及加氣混凝土等。這些材料既有不燃性,又有較大的熱容量,用作耐火保護(hù)層能使構(gòu)件的升溫減緩。由于混凝土的表層在火災(zāi)高溫下易于剝落,可在鋼材表面加敷鋼絲網(wǎng),進(jìn)一步提高其耐火的性能。
2. 用砂漿或灰膠泥作耐火保護(hù)層。所使用的材料一般有砂漿、輕質(zhì)巖漿、珍珠巖砂漿或灰膠泥、蛭石砂漿或石灰膠泥等。上術(shù)材料均有良好的耐火性能,其施工方法常為金屬網(wǎng)上涂抹上述材料。
3. 用礦物纖維。其材料有石棉、巖棉及礦渣棉等。具體施工方法是將礦物纖維與水泥混合,再用特殊噴槍與水的噴霧同時(shí)向底子噴涂,構(gòu)成海綿狀的覆蓋層,然后抹平或任其呈凹凸?fàn)?。上述方式可直接噴在鋼?gòu)件上,也可以向其上的金屬網(wǎng)噴涂,且以后者效果較好。
4. 用輕質(zhì)預(yù)制板作耐火保護(hù)層。所用材料有輕質(zhì)混凝土板、泡沫混凝土板、硅酸鈣成型板及石棉成型板等等,其做法是以上述預(yù)制板包覆構(gòu)件,板間連接可采用釘合及粘合。這種構(gòu)造方式施工簡便而工期較短,并有利工業(yè)化。同時(shí),承重(鋼結(jié)構(gòu))與防火(預(yù)制板)的功能劃分明確,火災(zāi)后修復(fù)簡便且不影響主體結(jié)構(gòu)的功能,因而具有良好的復(fù)原性。
這幾種方法相對(duì)來講施工比較復(fù)雜,主要缺點(diǎn)是增加鋼結(jié)構(gòu)荷載,同時(shí)不能用于鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu),因此鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)廠家使用較少。
c、屏蔽法
屏蔽法是把鋼結(jié)構(gòu)包藏在耐火材料組成的墻體或吊頂內(nèi),在鋼梁、鋼屋架下作耐火吊頂,火災(zāi)時(shí)可以使鋼梁、鋼屋架的升溫大為延緩,大大提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火能力,而且這種方法還能增加室內(nèi)的美觀,但要注意吊頂?shù)慕涌p、孔洞處應(yīng)嚴(yán)密,防止竄火。
d、水噴淋法
水噴淋法是在結(jié)構(gòu)頂部設(shè)噴淋供水管網(wǎng),火災(zāi)時(shí),自動(dòng)啟動(dòng)(或手動(dòng))開始噴水,在構(gòu)件表面形成一層連續(xù)流動(dòng)的水膜,從而起到保護(hù)作用。
由上述可知,這些方法的共同特點(diǎn)是設(shè)法減小傳到構(gòu)件的熱流量,因而稱之為截流法。
二、疏導(dǎo)法
與截流法不同,疏導(dǎo)法允許熱量傳到構(gòu)件上,然后設(shè)法把熱量導(dǎo)走或消耗掉,同樣可使構(gòu)件溫度不至升高到臨界溫度,從而起到保護(hù)作用。
疏導(dǎo)法目前主要是充水冷卻保護(hù)這一種方法。該方法是在空心封閉截面中(主要是柱)充滿水,火災(zāi)時(shí)構(gòu)件把從火場中吸收的熱量傳給水,依靠水的蒸發(fā)消耗熱量或通過循環(huán)把熱量導(dǎo)走,構(gòu)件溫度便可保持在100℃左右。從理論上講,這是鋼結(jié)構(gòu)保護(hù)最有效的方法。該系統(tǒng)工作時(shí),構(gòu)件相當(dāng)于盛滿水被加熱的容器,象燒水鍋一樣工作。只要補(bǔ)充水源,維持足夠水位,而水的比熱和氣化熱又較大,構(gòu)件吸收的熱量將源源不斷地被耗掉或?qū)ё摺?/p>
從以上的幾種鋼結(jié)構(gòu)防火的方法可以看出,不同的方法有不同的用處及不同的使用條件,這就要求我們根據(jù)不同鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)選用合適的鋼結(jié)構(gòu)防火方法,既要滿足防火的要求又要滿足結(jié)構(gòu)及建筑美觀的要求。