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摘要：一般而言，就钢结构性能来讲，主要体现在3个方面：承载性能高、稳定性能优越、安全性能可靠。随着科学技术的不断进步以及社会经济的快速发展，多层钢结构工业厂房如雨后春笋般崛地而起，已经逐渐成为了一种我国当前工业厂房建设发展过程中的新型建筑类别。
关键词：钢结构厂房；建筑；防火设计
前言：随着我国经济技术的高速发展，我国的工业化程度也在日益提高，钢结构的应用也是越来越广泛，在实际应用中，钢材既可以相对增加建筑物的荷载能力，也可以满足建筑设计美感造型的需要，还避免了混凝土等建筑材料不能弯曲、拉伸的缺陷。但是钢材作为建筑材料，在防火方面又存在一些难以避免的缺陷，它的机械性能，如屈服点、抗拉及弹性模量等均会因温度的升高而急剧下降，大面积多功能钢结构工业厂房日益增多，在工业生产过程中存在一些火灾隐患，我们要对火灾隐患进行一定的预防措施，对钢结构工业厂房进行必要的防火设计。
1 钢结构建筑火灾的危险性
1.1 钢结构的耐火性差
钢结构的耐火性很差，耐火极限低。当钢构件自身温度达到350℃时，其强度会下降1/3；当自身温度达到500℃，其强度会下降1/2；当自身温度达到600℃，其强度会下降2/3；在全负荷情况下，使钢构件失去平衡稳定性的临界温度为500℃，而在火灾过程中，一般最低的温度为800℃，所以钢结构很容易失去强度和稳定性，造成建筑物的坍塌。
1.2 材质易导热隔热性差，快速升温
钢铁作为建筑构件材料，相对于传统的砖混结构建筑以及钢筋混凝土结构建筑构件，钢材具有容易导热，隔热性差的特点，如果不涂抹隔热涂层，钢结构在火灾发生时，将迅速升温，导致形状变化。
1.3 钢结构建筑构件耐腐蚀性差
有些工厂车间会生产腐蚀性产品，腐蚀性气体挥发损伤钢结构建筑构件，发生化学腐蚀；另外钢结构还会发生电化学腐蚀，当大气中的相对湿度大于60%时，钢构件的电化学腐蚀加剧。
2 做好钢结构建筑的防火设计要点
抗火的设计方法 钢结构抗火设计的实质是：选定保护材料及所需厚度，从而使结构在火灾中的温升不超过其临界温度而确保耐火稳定性，满足承载能力的规定。 基于试验的构件抗火设计是一种简单、直观的方法。即规范要求某一类型建筑物具有一定的耐火时间，然后对结构的主要构件进行正常设计荷载下的标准试验，测定其抗火时间。设计目标为：结构（构件）的抗火时间不小于规范规定的耐火时间。我国《现行建筑设计防火规范》（GBJ50016—2006）中关于钢梁和钢柱的防火措施的要求正是基于此法。该试验方法存在很多缺陷。首先，耐火时间、耐火等级不易确定。由于目前大多建筑物功能复杂，体量大。同一建筑物的各个组成部分功能相差非常大。其次，构件在结构中受力很难模拟，而受力的大小对构件耐火时间的影响很大。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆最后，构件受火在结构中产生温度应力，而这一影响在构件试验中也难以准确反映。可见早期的抗火设计方法有时失之经济，有时又失之安全。鉴于试验的上述缺陷，结构抗火设计方法已开始从基于试验的传统方法，转为基于计算的现代方法，特别是英国、瑞典、美国、日本等从20世纪70年代就大量开展了考虑上述诸因素的结构抗火计算与设计方法的研究。
基于计算的现代方法即用计算的方法代替标准试验的方法，可以免除传统方法中所存在的问题，是钢结构抗火设计发展的方向。目前计算方法有几种：直接按耐火等级选择构件的耐火极限ｔ，求出构件临界温度后Ts，用ｔ、Ts为控制条件求保护层厚度的Ts-ｔ耐火设计方法；用构件的临界温度Ts和当量升温时间Te来确定防火保护层厚度的Ts-Te耐火设计方法。 设计时要选用恰当的钢结构耐火保护方法。目前世界各国对钢结构采用多种方法进行保护。下面简单介绍几种钢结构厂房的建筑防火设计措施
2.1 外包层法
外包混凝土保护就是用混凝土将钢构件完全包裹起来，在混凝土中还应配置构造钢筋防止混凝土脱落。钢丝网水泥砂浆防火保护是用金属网抹50#砂浆做保护层，也是一种传统的施工方法。外包防火板材可以选用纤维增强水泥板(如TK板、FC板)、石膏板、硅酸钙板、蛭石板等非燃材料的防火板将钢构件包裹起来。
2.2 喷涂法
喷涂防火涂料于钢结构表面可以形成耐火隔热保护层，提高钢构件的耐火极限。对于规范规定耐火极限小于1.5小时的钢构件可喷涂薄型防火涂料，厚度一般为1mm～3mm，这种防火涂料遇火会膨胀，形成比原涂层厚度大十几倍到数十倍的多孔碳质层。而对于规范规定耐火极限大于1.5小时的钢构件，应选用厚涂型防火涂料，厚度一般在7mm～50mm，遇火不膨胀，自身具有良好的隔热性。对于耐火极限要求比较高的高层钢结构可以喷射无机纤维防火护层材料，无机纤维材料具有低密度、高热容、低导热的突出特点，并有很好的附着力，在高温火场中，厚度没有明显的变化，护层不熔化、不脱落，能够使被保护构件达到5小时以上的耐火极限。
2.3 水冷却法
水冷却法包括水淋冷却法和充水冷却法。水淋冷却法是在钢结构上部布置自动喷淋系统，发生火灾时，启动喷淋系统，在钢结构表面形成一层连续的水膜，达到保护作用。此方法已广泛应用于绝大多数的高层建筑中，如同济大学土木新楼钢结构建筑即采用水淋冷却法。充水冷却法是在空心钢构件内充水，通过水在钢结构内的循环，吸收钢材本身受热的热量，从而使钢结构在火灾中能保持较低的温度，不会因升温过高而丧失承载能力。
从理论上讲，这是钢结构防火保护最有效的方法。但是由于技术难度较大，加之增加了建筑物的自重，为了防锈和防止水的冰结，还需要在水中掺加阻锈剂和抗冻剂等，费用较高，国外也只有少数应用实例，如美国匹兹堡64层美国钢铁公司大厦即采用充水冷却法
3 提高钢结构耐火性能的措施
3.1 提高钢材耐火性能
钢结构的耐火性能取决于钢材，因此提高钢材的耐火性能是提高钢结构抗火性能的根本之道。应用建筑耐火、耐候钢：通过在钢材中添加耐高温的合金元素Mo、Cr、Nb 等，使得钢材在 600℃ 时的屈服强度不小于常温屈服强度的 2/3，且其他性能与相应规格的普通结构钢基本一致。此外由于它的耐火性能好，可以在施工时适当减小保护层的厚度，甚至可以不涂防锈漆，这样可以节省一定成本。
3.2 采用防火能力强的构件
采用钢混组合构件，如钢筋混凝土柱、型钢混凝土柱、钢管混凝土柱等可以有效提高耐火极限，且钢管直径越大，耐火时间越长。还可以利用非燃烧体的围护或分离构件，如非燃墙体为钢构件提供防火保护，而不需另做防火保护层。对于裸露在外的钢构件，则应采取合理的防火保护构造。
3.3采用有利于防火的结构形式
采用钢混组合结构，如钢板混凝土组合剪力墙结构，或者在关键部位比如楼板和楼梯这种对防火要求较高的部位采用钢筋混凝土结构。钢结构防火保护构造作法应合理、坚固、经济、易于施工并利于装修。
结论：
总体来说，钢结构的防火设计，是我们设计人不断思考和完善的课题，我们应该根据它的特点使设计更加安全可靠，经济合理，让钢结构这种具有诸多优点的建筑形式在我国工业领域具有更广阔的发展空间。
参考文献：
[1]耿云峰.论钢结构工业厂房的设计与施工[J].今日科苑，2008(20)
[2]陈吉武.某两层钢结构工业厂房设计与研究[J].安徽建筑，2005(04)
论文作者:张强,瞿绪龙,朱满军,冯吉
论文发表刊物:《防护工程》2018年第24期
论文发表时间:2018/12/25
标签：钢结构论文; 耐火论文; 构件论文; 方法论文; 建筑论文; 结构论文; 温度论文; 《防护工程》2018年第24期论文;