摘要：随着装配式钢结构在变电站建设中的广泛应用，钢结构的防火性能成为研究的热点。本文总结了钢结构防火保护的原理，比较了钢结构防火保护的方法以并给出选用依据，给出了变电站钢结构保护方法的建议。
关键词：变电站；防火保护；包封法
随着装配式钢结构在变电站建设中的广泛应用，钢结构的防火性能成为研究的热点，其耐火性弱决定了钢结构必须采取防火措施。钢结构建筑的梁、柱、屋架大多采用钢材，是建筑的骨架，直接关系到整个建筑的安全，钢材虽然是不燃材料，但是会随着温度的变化，其力学指标会发生很大的改变，承载力和平衡稳定性会随温度升高而大幅度下降。钢结构在温度达到350 ℃、500 ℃、600 ℃时，其强度分别下降1/3、1/2、2/3，在高温条件下其内部应力也会发生改变，使钢结构承重体系出现问题。按照理论计算，在全负荷下，钢结构失去平衡稳定性的临界温度为500 ℃，一般火场温度都在800～1000 ℃左右，在这样的高温条件下，无任何保护的钢结构很快就会出现塑性变形倒塌。
1钢结构防火保护原理
要使钢结构在实际应用中克服耐火极限时间短这一缺点，就必须对其进行防火处理。其目的在于将钢结构的耐火极限提高到规范规定的极限范围内，防止钢结构在火灾中因迅速升温而发生形变坍塌。对钢结构进行防火处理的措施有很多，但无论采取何种方法，其原理是一致的：关键是要根据不同情况采取不同方法，如采用绝热、耐火材料阻隔火焰直接灼烧钢结构，降低热量传递的速度以尽量推迟钢结构温升、强度变弱的时间。
2钢结构防火保护方法
从建筑防火理论看，国内外消防界基本一致认为有主动防火和被动防火两大体系。所谓钢结构构件的被动防火保护就是一种在火灾中不依靠降低火灾的燃烧热释放率或抑制火灾增长来实现结构不受高温或火焰严重影响的防火保护方法。它只凭所采取的措施自身的热特性，减小结构构件与高温烟气或火焰隔离或吸收构件所接受热量的速度，减少构件升温速度，使构件在火灾作用下仍能发挥其预定功能。一般采用不燃的热惰性材料或热导率小且遇热能自行膨胀或炭化的涂敷材料直接包敷在钢结构外面或在火灾时充入循环水冷却保护。钢结构构件的主动防火保护是一种采用建筑内的主动消防措施，如采取排烟、自动灭火系统，排除室内热量、抑制火灾增长和灭火，在火灾发生后从根本上消除高温和火焰对钢结构构件的威胁，以实现保护钢结构的方法。与被动防火保护相比，它是一种更积极的保护方式。建筑室内火灾的发展都有其规律和发展过程，见前述。只要在火灾过程中能及时排除积聚在室内的热量，降低其燃烧热释放率，就能防止轰燃的发生。实践证明，在建筑物内设置自动灭火设施，能有效地抑制火灾的蔓延扩大或扑灭初期火。这样可以降低室内温度，使建筑结构得到保护，并为人员疏散创造良好的条件与环境。
由于钢结构耐火性能差，在火灾高温作用下很快失效倒塌，耐火极限仅15 分钟，若采取措施，对钢结构进行保护，使其在火灾时温度升高不超过临界温度，钢结构在火灾中就能保持稳定性，对钢结构采取的保护措施，从原理上来讲，主要可划分为两种：截流法和疏导法。截流法又分为喷涂法、包封法、屏蔽法和水喷淋法。与截流法不同，疏导法允许热量传到构件上，然后设法把热量导走或消耗掉，同样可使构件温度不至升高到临界温度，从而起到保护作用。疏导法目前主要是充水冷却保护这一种方法。水冷却法既可单根柱自成系统，又可多根柱联通。前者仅依靠水的蒸发耗热，后者既能蒸发散热，还能借水的温差形成循环，把热量导向非火灾区温度较低的柱。
3钢结构防火保护方法的选用
钢结构防措施的选用原则：（1）安全无毒和防火材料的可靠性；（2）易于与钢结构结合；（3）在预期的耐火极限内可有效保护钢结构；（4）在钢结构受火后发生允许的变形时，防火保护材料应不至于破坏而仍能保持原有的保护作用；（5）施工难易程度和经济性。
此外，选择钢结构防火保护措施时，还应考虑钢结构所处部位，需防护的构件性质，如屋架、网架或梁、柱等以及钢结构采取防护措施后结构增加的质量及占用的空间等。
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（1）疏导法
疏导法同喷涂法、包封法、屏蔽法一样，是一种被动保护方法，从理论上讲，它是钢结构保护最有效的方法，只要满足供水等条件，可以在火焰灼烧状态下永久保护钢结构的安全。但实际应用中，该方法对施工要求严格，成本高，特别是对系统复杂，高度大的建筑，需要十几套，甚至几十套系统来维持，而且在使用要对系统进行经常性维护、保养，维护费过大，该方法在国内外都很少见。
（2）水喷淋法
水喷淋法同其他几种保护方法不同，是一种主动保护方法，即在火焰、烟气作用于钢结构之前，系统主动去降低火焰、烟气的温度，从而保护钢结构不受损害。其特点是造价相对较低，施工简单。但其缺点也很明显：防护效果不好，一旦水喷淋系统失灵、强度不足或火焰温度高、上升快，钢结构将直接暴露在火焰或高温下，将失去保护的作用；受空间和钢结构几何形状限制，对于结构复杂的钢结构，水喷淋将起不到保护作用；受环境因素影响大，对于室外或室内温度过高、过低的建筑将无法使用该方法。
（3）屏蔽法
屏蔽法即可以保护钢结构，同时也可以增加室内的美观，但在施工中要求工艺较高，吊顶的接缝、孔洞处要封闭严密，防止窜火，而且大空间、大跨度的钢结构将无法使用，应用范围狭窄。
（4）包封法
包封法是目前广泛使用的一种钢结构防火方法，该方法施工简便，造价低，防护效果好，在实际工程中应用非常广泛，特别是在对钢柱、钢梁、楼板保护中，多数采用此方法。但此方法增加了结构的重量，占用空间，影响美观，因此对于一些特殊部位，如屋盖、中庭、大跨度空间、有装饰需要的场所无法使用此方法。
（5）喷涂法
喷涂法是近几十年来新兴的一项钢结构保护方法，与其它保护方法比较，其具有施工简便，无须复杂的工具即可施工、重量轻、造价低，而且不受构件的几何形状和部位的限制、具有装饰作用等优点，已成为应用范围最为广阔，效率最高的钢结构防火保护方法。
工程造价是决定工程实践的最主要因素之一，钢结构的防火保护也是如此，疏导法造价最高，且施工难度大，应用范围小，在实际工程中极少采用；屏蔽法和包封法的造价最低，且施工难度不大，对于某些部位，例如柱体等经常采用这种方式；水喷淋法造价相对较高，但施工容易，因此在早期的实际工程中应用较多；喷涂法是一种新兴的钢结构防火保护方法，其造价相对低廉，且应用范围极为广泛，基本可以适用各种钢结构，近几年被广泛的应用在各种工程实践中，它也是未来钢结构防火保护的发展方向之一。
4讨论
受保护的钢结构的防火性能受其保护方式、保护材料类型及其厚度、施工质量等影响。不同的钢结构保护材料具有不同的特性和适用范围，选用时应根据保护结构的形式、环境条件、建筑内主动消防设施设置情况、当地消防管理水平等具体情况，通过经济分析综合确定。要保证这些保护方法在火灾时发挥预定功能，还应加强施工中的产品质量、施工质量和日常维护管理的控制。
防火保护层厚度是影响钢结构防火性能的重要因素。尽管在一些规范中有某些具体的数据可供参考，但防护保护的产品多种多样、性能各异，即使同样的产品，施工工艺和方法不同也对其保护作用有所影响。从世界各国目前的做法来看，均应以计算和试验验证相结合的方式来确定，不能采用与某一具体构件试验结构类比的方式进行设计。
变电站的耐火等级一般为Ⅰ级，可根据具体情况选出最适合的钢结构防火保护方法，符合《建筑设计防火规范》的要求，做到既安全又经济。变电站可选用喷涂法达到防火保护作用，但会使钢结构表面变得粗糙，同时还会增加钢结构的承重。综上，可以适当考虑包封法和选用薄型防火涂料，包封材料可采用矿物纤维和轻质预制板。
参考文献：
[1] 陈志华，建筑钢结构设计，天津：天津大学出版社，2004
[2] 倪照鹏，钢结构建筑构件耐火设计方法的研究，[硕士学位论文]，天津：天津大学，2002
[3] 国家标准 GB50016-2014《建筑设计防火规范》，北京：中国计划出版社，2014
论文作者:贾小永
论文发表刊物:《基层建设》2016年31期
论文发表时间:2017/1/21
标签：钢结构论文; 方法论文; 火灾论文; 构件论文; 温度论文; 变电站论文; 耐火论文; 《基层建设》2016年31期论文;