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世贸大楼的倒塌与钢结构防火

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世贸大楼的倒塌与钢结构防火

发布日期:2018-03-17 作者:宣平军 点击:

  最高使用温度100090年代盅期德国和丹麦研网架或梁、柱);包头钢结构采取防护措施后结构增加的重量及占用的空间;施工难易程度和经济性。



  4.1混凝土防火保护承重钢结构采取混凝土防火措施,以延长其耐火极限外砌粘土砖防护,一般用厚120mm普通粘土砖,耐火极限可达3h左右。



  用普通水泥混凝土将钢结构包裹起来,即我们通常意义上说的钢管(筋)混凝土结构。混凝土可参与工作(如劲性混凝土结构),也可以只起保护作甩厚100mm时,耐火极限可达3h左右。



  用金属网外包砂浆防护,这其中的金属网起到骨架增强的作用。



  此外,还可用陶粒混凝土或加气混凝土防护,可预制成砌块或现浇,防火效果亦十分理想。



  A-标准升温曲线B-未受保护钢结构升温曲线C-受保护钢结构升温曲线a-升温停顿时间段耐火极限实验中钢结构在有防火保护与无保护条件下的升温情况比较4.2防火板对钢结构的保护作为钢结构直接包敷保护法的一种,防火板保护钢结构早已在建筑工程中应用。早期使用的防火保护板材主要有蛭石混凝土板、珍珠岩板、石棉水泥板和石膏板,还有的是采用预制混凝土定型套管。板材通过水泥砂浆灌缝、抹灰与钢构件固定,或以合成树脂粘结,也可采用钉子或螺丝固定。这些传统的防火板材虽能在一定程度上提高钢结构的耐火时间,但存在着明显的不足因此人们只好把重点投向防火涂料,板材保护法因而发展缓慢国外一些国家自70年代中期以来,相继研制成功硅酸钙防火板,适用于钢结构的防火保护。日本IC公司1984年即开始生产硅酸钙防火板(KB防火装饰制成功最高使用温度达1100C的硅酸钙高温防火板。



  国内最近自行研制成功了GF和爱特等品牌新型钢结构硅酸钙防火板,最高使用温度可达1100C,耐火极限可达4小时(30mm厚)作为钢结构防火板材应具备重量轻、强度高、隔热性好、耐高温、耐候性好等特点。



  4.3钢结构防火涂料以上两种方法要使钢结构达到规定的防火要求需要相当厚的保护层,这样必然会增加构件质量和占用较多的室内空间,另外对于轻钢结构、网架结构和异形钢结构等,采用这两种方法也不适合。在这种情况下,采用钢结构防火涂料较为合理钢结构防火涂料施工简便,无须复杂的工具即可施工,重量轻、造价底,而且不受构件的几何形状和部位的限制。国外自上世纪50年代以来就采用防火涂料施涂钢结构表面,火灾时能形成耐火隔热保护层,以提高钢结构的耐火极限,满足建筑防火设计规范要求,减少建筑物钢结构火灾灾害。



  从20世纪80年代初期起,在我国兴建的由国外设计的工程开始采用钢结构防火涂料,到1985年左右,国内一些科研单位和厂家开始研究生产钢结构防火涂料。经过近20年的发展,无论从产品品种、质量还是应用范围,生产厂家都有长足的发展与此同时,国家也颁布了该产品的相关技术标准和规范,如GB14907-94钢结构防火涂料通用技术条件、GB 50205-95〈钢结构工程施工与验收规范中国工程建设标准化协会标249(钢结构防火涂料应用技术规范等。这对发展我国钢结构防火涂料的生产起了极大的推动作用国家现行建筑设计防火规范对钢结构的耐火极限要求见表1表1钢结构的耐火极限要求建筑物耐火等级高层民用建筑一般工业与民用建筑柱梁楼板与屋顶承重构件支承多层的柱支承单层的柱梁楼板屋顶承重构件疏散楼梯一级二级三级四级1超薄型钢结构防火涂料该类钢结构防火涂料涂层超薄(小于3mm),―般为溶剂型体系,具有优越的黏结强度、耐候耐水性好、流平性好、装饰性好等特点;在受火时缓慢膨胀发泡形成致密坚硬的防火隔热层,该防火层具有很强的耐火冲击性,延缓了钢材的温升,可有效保护钢构件。超薄膨胀型钢结构防火涂料施工可采用喷涂、刷涂或辊涂,一般使用在耐火极限要求在2小时以内的建筑钢结构上目前国内外,己出现了耐火性能达到或超过2小时的超薄型钢结构防火涂料新品种,它主要是以特殊结构的甲基丙烯酸聚酷或环氧树脂与氨基树脂、氯化石蜡复配作为黏合剂,附以高聚合度聚磷酸铵、双季戊四醇、三聚氰胺为防火体系,添加氧化钛、硅灰石等无机耐火材料复合而成目前各种轻钢梁、网架等多采用该类型防火涂料进行防火保护。由于该类防火涂料涂层超薄,工程中使用量较厚型、薄型钢结构防火涂料大大减少,从而降低了工程总费用,又使钢结构得到了有效的防火保护,是目前消防部门大力推广的品种。



  2薄型钢结构防火涂料这类钢结构防火涂料一般是用合适的水性聚合物作基料,再配以阻燃剂复合体系、防火添加剂、耐火纤维等组成对这类防火涂料,要求选用的水性聚合物必须对钢基材有良好的附着力、耐久性和耐水‘性其装饰性优于厚型防火涂料,逊色于超薄型钢结构防火涂料,一般耐火极限在2小时左右。因此常用在小于2小时耐火极限的钢结构防火保护工程中,常采用喷涂施工该类产品,在一个时期占有很大的比例,但随着超薄型钢结构防火涂料的出现,其市场份额逐渐被替代。



  3厚型钢结构防火涂料厚型钢结构防火涂料是指涂层厚度为8mm~50mm的防火涂料,其耐火极限可达05~3h火灾时,涂层并不膨胀,依靠自身材料的不燃性、低导热性或吸热性,延缓钢结构的温升,保护钢构件。这类钢结构防火涂料是用合适的粘结剂,配以无机隔热材料、增强材料组成目前国内厚型钢结构防火涂料的产品品种较多,也在实际运用中发挥了可信赖的作用;在其结构保持完整的条件下,防火性能一般不随时间的推移而降低3.1矿物棉防火隔热涂料矿物棉类建筑防火隔热涂料是继我国厚涂型建筑防火涂料一珍珠岩系列、氯氧镁水泥系列防火涂料之后的又一重要防火涂料系列,在我国尚属空白,它与珍珠岩类防火涂料相比,其主要特点是作为隔热填料的矿物纤维对涂层强度可起到增强的作用,可应用于地震多发的地区或常受震动的建筑物,并能起到防火、隔热、吸音之作用。矿物棉类建筑防火隔热涂料主要有矿物纤维防火隔热涂层、隔热填料,其主要成分是矿物棉,粘结材料一般是水泥,在现场采用干法喷涂施工,即纤维经分散后与粘结材料一起用高压空气输送至喷口处,然后与分布于喷口周围的高雾化水混合喷射至待涂表面。与湿法喷涂施工相比,干法喷涂施工的优点是管路输送阻力较小,可输送的有效高度高;施工结束后无需对很长的输送管道进行繁重的清洗工作;能够获得密度较小的涂层,从而能减轻整个钢结构的重量,降低建筑物负荷。这种方法在日本采用较多。



  目前,国外己广泛使用快干型矿物棉类防火涂料,在施工条件差的建筑工地使用时,具有施工方便、成本低、干燥时间短等优点。



  3.5防火涂层厚度的确定涂装钢结构防火涂料的钢基材表面应严格除水、除锈,经喷砂除锈达到Sa2.5级标准,手工除锈达到St3级以上,除锈后的表面采用酚醛红丹或环氧防锈漆作防腐处理。工程设计中是根据防火涂料涂敷在136KT字钢钢梁上,耐火试验得出的耐火极限数据以及防火规范规定的耐火极限要求确定防火涂层的厚度,但实际钢结构构件与试件的规格并不相符。在“技术规范”中提供了美国的试验室提出的计算公式并作了简化,使之从只能折算钢梁的涂层厚度,扩大到可以折算钢柱的涂层厚度。当用厚涂型防火涂料(即m,/L,> 22,彭9mm)、耐火极限1hi时,其计算式如下:W标准试件涂层厚度,mm mi待保护钢梁质量,kg m2标准试验时钢梁质量,kg Li-一待保护钢梁涂层接触面周长,mmL2一一标准试验时钢梁涂层接触面周长,mmK系数,对钢梁取1,对相应楼层钢柱取一般在防火涂料产品的说明书中只列出耐火极限和相应的涂层厚度,只有在耐火极限的试验报告中,才能看出耐火试验时所用的型钢规格及涂层厚度。因此,对超薄型和薄涂型防火涂料层的厚度,一般还是以耐火试验时涂层厚度为依据,并适当留有余地以增加安全性;对厚涂型防火涂料,在石化工程设计中,实际上不可能对不同的构件设计成不同的涂层厚度。



  目前在设计中对整个装置的钢结构都是按同一耐火极限设计成同一厚度,为了利于防火,应考虑构件规格因素,在同样涂层厚度时,在选材上对热轧工字钢宜采用较大的型号,对焊接H型钢在同种型号中宜采用腹板较厚的规格。在装置内也应针对不同构筑物的重要性来进行不同耐火极限的设计。



  此外,钢结构防火涂料在应用工程中,应按照中国工程建设标准化协会标准CECS2490〈钢结构防火涂料应用技术规范的规定要求施工,对于上海地区的工程可以参照上海市工程建设规范DG/T84)08-2000建筑钢结构防火技术规程执行。



  4.4耐火钢喷涂、防火板、混凝土等防火保护措施工作费工费时,还增加了建筑结构的重量,延长了工期,提高了建造成本研制和应用耐火钢正是为了减薄或取消耐火涂层。耐火钢也不同于普通的耐热钢,耐热钢对钢的高温性能,如高温持久强度、蠕变强度、疲劳性能等有严格的要求;而耐火钢在性能上它不需要长时间的高温强度,只要在600C左右的高温下保持~3小时后其屈服强度值不低于室温数值的2/3,以保证结构的安全性,保证人员、重要物资等在结构坍塌前能安全地撤离火灾现场。



  耐火钢的关键性能要求是其高温强度。耐火钢的合金元素含量比普通建筑用低合金结构钢的合金元素含量稍高一些。根据高合金耐热钢的研宄结果可知,铬、钼可提高钢的耐热性,但他们是贵重元素,钢中添加大量的这类元素将大幅度增加生产成本,这对使用量大而广的结构材料是不可行的。另外,铬、钼等合金元素增加钢的淬透性,提高碳当量,对焊接性不利。因此,建筑用耐火钢只能少量应用这类贵重合金元素。



  近年来,微合金化技术取得了巨大进展。铌钒钛微合金元素的析出物具有良好的高温稳定性,对提高高温强度可能会产生有益的影响。研宄工作表明,通过使铌微合金元素在针状铁素体组织的高温析出,可显著提高钢的高温强度。钒钛的作用与铌相同,可提高钢的高温强度。铌-凡钛微合金化元素与少量耐热性高的铬、钼合金的复合使用,可达到最佳的高温强化效果耐火钢的概念是80年代日本提出的,日本研宄者通过在钢中添加微量的铬、钼、铌等合金元素开发出了耐火温度为600C的建筑用耐火钢,该钢在600C的高温屈服强度保持在室温的2/3以上欧洲的cresot-loire钢厂完成了能经受900~1000C火灾温度的含钼耐火钢的研宄,但由于成本过高而未能推广应用。目前,耐火钢在日本己获得了广泛使用,新日铁自1989年至今己生产耐火钢20万吨,其中包括耐火H型钢、板材、带钢、钢管等产品,目前年产量是4万吨左右。耐火钢的用途很广,可用于办公楼、商场、宾馆、厂房、体育馆、车站、高层钢结构大厦等的建造应用耐火钢后可缩短建造周期,减轻建筑物重量,增加建筑的安全性,降低建造成本,具有显著的经济和社会效益。


包头钢结构

  现在国外己开发出了390~490MPa的耐火钢、耐候耐火钢系列,其主要特点是:在600C高温下,其高温屈服强度为常温标准值的三分之二以上,常温下的各种性能与普通焊接结构钢相同,焊接性与普通钢相同。



  我国耐火钢的应用尚落后,为适应我国现代建筑事业发展的需要,马钢、宝钢、鞍钢等单位都开始开展耐火钢的研宄马钢己进行了耐火H型钢产品工业试制并获得了成功。近期即将在上海某住宅工程中成批使用4.5大型空心型钢大型方、矩形空心型钢作为新型绿色建材,由于材质所具有的优良性能和独特的防火性,市场前景看好。



  大型方、矩形空心结构型钢、又称方、矩形管,是一种新型高效建筑材料。传统上型钢主要用来满足承载要求,如H型钢、宽翼缘钢梁国际管状结构开发与研宄委员会认为,空心结构型钢不易于扭弯,增强了抗扭和抗多向轴向力的能力,也提高了材料强度与重量之比而且与相同用途的其它型材相比,空心型钢具有较小的表面,特别是使用防火涂料时,可大大降低成本,H型钢或工字钢的表面积相当于同比空心型材的两倍。空心型钢进行填充即可作为一种防火措施虽然钢结构由于其独特的性能被广泛应用于建筑场合,但是由于其固有的缺点,我们在应用中,要采取不同的方法手段来解决这个问题,关键是由场合、耐火极限要求、成本等因数综合考虑,可以单独采用一种方法,或采用几种方法配合来达到我们的设计要求


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