浅谈钢结构防火保护措施

2022-09-11

同传统的砖石结构、混凝土结构相比, 钢结构具有受荷能力强、自重小、占空体积小、构件制造与安装方便等许多优点, 因此越来越广泛地应用于建筑中。特别是大型建筑如展览馆、候机楼、大型商场及工业厂房等不断增多, 采用钢结构的建筑也随之不断增加。钢结构自身不燃, 但其耐火性能远较砖石结构和混凝土结构差。因此, 不作防火保护的钢结构, 其火灾的危险性是非常大的。

1 钢结构的防火保护措施

钢本身不会起火燃烧, 在未进行防火处理的情况下, 火灾时, 其强度会迅速下降, 一般结构温度达到350℃、500℃、600℃时, 强度分别下降1/3、l/2、2/3。据理论计算, 在全负荷情况下, 使钢结构失去静态平衡稳定性的临界温度为500℃左右, 而一般火场温度达到800~1000℃, 在这样高的温度下, 裸露的钢结构会很快出现塑性变形, 产生局部破坏, 造成钢结构整体倒塌失效。因此钢结构建筑虽然具备抗震性强, 施工周期短, 重量轻, 环保节能等优势, 但却存在耐火极限低这一致命弱点。要使钢结构材料在实际应用中克服这一弱点, 必须进行防火处理, 其目的就是将钢结构的耐火极限提高到设计规范规定的极限范围, 防止钢结构在火灾中迅速升温发生变形塌落。下面介绍几种不同钢结构的防火保护措施。

1.1 屏蔽

将钢结构设置在耐火材料组成的墙体或顶棚内, 或将构件包藏在两片墙之间的空隙里, 火灾时可以使被耐火材料保护的钢结构的升温大为延缓, 大大提高钢结构的耐火能力, 这是一种最为经济的防火方法, 但要注意吊顶的接缝、孔洞处应严密防止窜火。但目前许多轻钢结构厂房、大跨度建筑, 其钢结构材料直接裸露在室内, 并不适宜采用此种防火措施。

1.2 水冷却

空心型钢结构内充水是抵御火灾最有效的防护措施。这种方法能使钢结构在火灾中保持较低的温度, 水在钢结构内循环, 吸收材料本身受热的热量。受热的水经冷却后可以进行再循环, 或由管道引入凉水来取代受热的水。对于非空心型钢结构, 可以在钢结构顶部设喷淋供水管网, 火灾时, 自动启动 (或手动) 开始喷水, 在构件表面形成一层连续流动的水膜, 从而起到保护作用。

1.3 外包层

采用绝热、耐火材料在钢结构外表添加外包层, 从而阻隔火焰直接灼烧钢结构降低热量传递的速度推迟钢结构升温、强度变弱的时间。外包层可以现浇成型, 也可以采用喷涂法。现浇成型的实体混凝土外包层通常用钢丝网或钢筋来加强, 以限制收缩裂缝, 并保证外壳的强度。喷涂法可以在施工现场对钢结构表面涂抹砂浆以形成保护层, 砂浆可以是石灰水泥或是石膏砂浆, 也可以掺入珍珠岩或石棉。

1.4 钢结构防火涂料

采用钢结构防火涂料喷涂在钢结构表面, 起防火隔热作用, 防止钢材在火灾中迅速升温而降低强度, 避免钢结构失去支撑能力而导致建筑物垮塌, 具有防火隔热性能好、施工不受钢结构几何形体限制等优点, 一般不需要添加辅助设施, 且涂层质量轻, 还有一定的美观装饰作用, 属于现代的先进防火技术措施, 是我国目前广泛采用的一种钢结构防火措施。

2 钢结构防火涂料的类型

钢结构防火涂料根据涂层厚度, 可分为厚型、薄型、超薄型钢结构防火涂料。

2.1 薄型钢结构防火涂料

该类防火涂料受火时能膨胀发泡, 以膨胀发泡所形成的耐火隔热层延缓钢材的温升, 保护钢构件, 故又称为钢结构膨胀防火涂料。这类涂料一般是用合适的乳液聚合物作基料, 再配以阻燃剂、添加剂等组成且其要求选用的乳液聚合物必须对钢基材有良好的附着力、耐久性和耐水性。其涂层厚度一般为2~7mm, 因此装饰性优于厚型钢结构防火涂料, 一般耐火极限在0.5~1.5h左右。因此常用在≤2h耐火极限的钢结构防火保护工程中, 常采用喷涂施工。如可对高层民用建筑中的梁, 一般工业与民用建筑中支承单层的柱、梁、楼板以及屋顶承重构件中的钢结构进行防火保护。该类防火涂料也分室内与室外应用两种类型。室内型产品不能用于室外作防火保护, 室外型产品则既可用于室内, 也可用于室外。

2.2 厚型钢结构防火涂料

该类防火涂料在火灾中利用材料的不燃性、低导热性或涂层中材料的吸热性, 延缓钢材的温升, 保护钢材。它是用合适的粘结剂, 再配以无机轻质材料、增强材料组成, 具有成本较低的优点。施工常采用喷涂, 涂层厚度一般为8~50mm, 耐火极限可达0.5~3.0 h, 又称为钢结构防火隔热材料, 一般用在耐火极限≥2h的钢结构防火保护中。如:高层民用建筑的柱、一级耐火等级的工业与多层民用建筑中支承多层的柱的耐火极限均应达到3h, 需采用该厚型防火涂料保护。

2.3 超薄型钢结构防火涂料

该类钢结构防火涂料受火时膨胀发泡形成致密的防火隔热层, 该防火层延缓了钢材的温升, 提高了钢构件的耐火极限。超薄膨胀型钢结构防火涂料施工可采用喷涂、刷涂或滚涂, 一般使用在耐火极限要求在2.0h以内的建筑钢结构上。如可对一类建筑物中的梁楼板与屋顶承重构件, 及二类建筑中的柱、梁、楼板等进行有效防火保护。

3 钢结构防火涂料施工工艺要求

采用钢结构防火涂料时, 应符合下列规定:

(1) 室内裸露钢结构、轻型屋盖钢结构及有装饰要求的钢结构, 当规定其耐火极限在1.5h及以下时, 宜选用薄涂型钢结构防火涂料。

(2) 室内隐蔽钢结构、高层全钢结构及多层厂房钢结构, 当规定其耐火极限在1.5h以上时, 应选用厚涂型钢结构防火涂料。

(3) 露天钢结构, 应选用适合室外用的钢结构防火涂料。

(4) 钢结构防火喷涂保护应由经过国家培训合格的专业施工队伍施工。

(5) 用于保护钢结构的防火涂料应不含石棉, 不用苯类溶剂, 在施工干燥后应没有刺激性气味。

(6) 薄涂型钢结构防火涂料的底涂层 (或主涂层) 宜采用重力式喷枪喷涂, 其压力约为0.4MPa。局部修补和小面积施工, 可用手工抹涂。面层装饰涂料可刷涂、喷涂或滚涂。底涂层在钢基材表面除锈和防锈处理符合要求, 尘土等杂物清除干净后方可施工。底层一般喷2~3遍, 每遍喷涂厚度不应超过2.5mm, 必须在前一遍干燥后, 再喷涂后一遍。喷涂时应确保涂层完全闭合, 轮廓清晰。

(7) 厚涂型钢结构防火涂料宜采用压送式喷涂机喷涂, 空气压力为0.4~0.6MPa, 喷枪口直径宜为6~10mm。喷涂施工应分遍完成, 每遍喷涂厚度宜为5~10mm, 必须在前一遍基本干燥或固化后, 再喷涂后一遍。喷涂保护方式、喷涂遍数与涂层厚度应根据施工设计要求确定。喷涂后的涂层, 应剔除乳突, 确保均匀平整。