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淺談鋼結構防火材料的應用:鋼結構廠房中的建筑防火設計淺析

摘 要：我國正趨向于發(fā)展節(jié)能型、可持續(xù)發(fā)展型社會建設，由此對于建筑設計提出了更高的要求，鋼結構廠房建筑是我國生產發(fā)展的基礎設施，建設數(shù)量有增無減，本文對鋼結構廠房中的建筑防火設計進行研究。

關鍵詞：鋼結構；廠房；建筑防火設計

前言

一般而言，就鋼結構性能來講，主要體現(xiàn)在3個方面：承載性能高、穩(wěn)定性能優(yōu)越、安全性能可靠。隨著科學技術的不斷進步以及社會經濟的快速發(fā)展，多層鋼結構工業(yè)廠房如雨后春筍般崛地而起，已經逐漸成為了一種我國當前工業(yè)廠房建設發(fā)展過程中的新型建筑類別。

一、鋼結構工業(yè)廠房特點

就其鋼結構工業(yè)廠房而言，具有很強的優(yōu)越性，主要表現(xiàn)在以下方面：

鋼結構構件可在廠房里可以實現(xiàn)批量生產，因而施工工藝簡單，同時安裝便捷，在一定程度上縮短了施工的周期。鋼結構構件結構體系主要運用輕鋼，與其他鋼材料性能相比，具有很大的優(yōu)越性能，其自身的重量相對較輕。從本質上來講，工業(yè)廠房結構運用輕鋼材料，在一定程度上有助于減輕鋼結構工業(yè)廠房的自重。鋼結構工業(yè)廠房主要運用輕型圍護結構。具體而言，采用夾芯金屬板作為主要的圍護材料，其材料自重相對較輕，且承載力較高，對鋼結構工業(yè)廠房的基礎要求水平不高，有助于縮短施工工期，提高施工質量。鋼結構體系從本質上歸屬于綠色環(huán)保建筑，作為一種強度與效能均高的建筑材料，其再循環(huán)價值相對較高。通常情況下，無需進行制模施工。此外，在廠房用途的影響下，鋼結構工業(yè)廠房每層高值都相對較大，廠房空間得到了極大的拓寬，廠房結構性能優(yōu)越。

二、鋼結構建筑火災的危險性

1、鋼結構的耐火性差

鋼結構的耐火性很差，耐火極限低。當鋼構件自身溫度達到350℃時，其強度會下降1/3；當自身溫度達到500℃，其強度會下降1/2；當自身溫度達到600℃，其強度會下降2/3；在全負荷情況下，使鋼構件失去平衡穩(wěn)定性的臨界溫度為500℃，而在火災過程中，一般最低的溫度為800℃，所以鋼結構很容易失去強度和穩(wěn)定性，造成建筑物的坍塌。

2、材質易導熱隔熱性差，快速升溫

鋼鐵作為建筑構件材料，相對于傳統(tǒng)的磚混結構建筑以及鋼筋混凝土結構建筑構件，鋼材具有容易導熱，隔熱性差的特點，如果不涂抹隔熱涂層，鋼結構在火災發(fā)生時，將迅速升溫，導致形狀變化。

3、鋼結構建筑構件耐腐蝕性差

有些工廠車間會生產腐蝕性產品，腐蝕性氣體揮發(fā)損傷鋼結構建筑構件，發(fā)生化學腐蝕；另外鋼結構還會發(fā)生電化學腐蝕，當大氣中的相對濕度大于60%時，鋼構件的電化學腐蝕加劇。

三、鋼結構條件下建筑的防火設計

1、確定鋼結構建筑的防火等級

建筑物的耐火等級是對建筑物進行防火設計的重要依據(jù)之一。長久以來，建筑物的防火問題是工程師考慮的首要問題。而最重要的基礎防火設施必須要妥善處理:建筑的防火分隔、建筑的避難層設置、安全出口的設置。而鋼結構建筑的構件在火災中如若遭到破壞，則會嚴重影響到人員的安全。為此，我國規(guī)定了各類建筑結構構件的安全等級。耐火等級定得偏高，則施工的成本加大，造成不必要的浪費;定得偏低，則消防安全會受影響。因此，要合理確定鋼結構建筑物的耐火等級。

2、設計時要做到以人為本

對于鋼結構建筑物，無論其設計的多么完善，在發(fā)生火災時還會出現(xiàn)意想不到的問題，因而，在這種百密一疏的情況下，必須要充分考慮到人員的疏散問題，做到以人為本。在設計人員疏散時，務必要將鋼結構建筑的特點和人員密度指標綜合起來考慮。在此基礎上，務必加強對安全疏散路線、疏散寬度和疏散距離的設計要求。一旦發(fā)生火災，在鋼結構構件達到耐火安全極限的時間里，能夠有效的疏散建筑物中的人員，使人們安全脫離火災，避免群死群傷火災事故的發(fā)生。當然，除了發(fā)生火災時人員的安全疏散，在平時也必須切實制定好消防安全管理制度，要適時檢查火災自動報警系統(tǒng)和自動化滅火裝置是否完好有效，消防監(jiān)督檢查是否到位，切不可因一時大意疏忽釀成悲劇。

3、鋼結構防火涂料施工質量技術對策

鋼材在升溫初始階段，彈性、塑性變化不大，但在250℃左右時鋼材抗拉強度提高而沖擊韌性下降，這種現(xiàn)象叫藍脆現(xiàn)象（表面氧化膜呈現(xiàn)藍色）。當溫度超過300℃以后，屈服點和極限強度顯著下降，達到600℃時強度比原來下降了2/3左右。溫度上升至500℃時，屈服強度下降到常溫的一半時，構件發(fā)生塑性形變而破壞，到600℃時強度幾乎為零，建筑在縱向壓力和橫向應力作用下，鋼結構就會扭曲變形，垮塌毀壞。鋼結構采用防火涂料保護后，鋼材導熱性能降低、溫升速度減慢，火災時能形成耐火隔熱保護層，耐火極限增大，從而保護鋼結構建筑在火災中，在防火設計規(guī)定的時間內不垮塌。目前，鋼結構防火涂料按涂層厚度可分為三類：H類為厚涂型鋼結構防火涂料，涂層厚度一般為8～50mm，粒狀表面，密度較小，導熱率低，耐火極限為30～180min；B類為薄涂型鋼結構防火涂料，涂層厚度一般為3～7mm，有一定的裝飾效果，高溫時膨脹形成耐火隔熱保護層，耐火極限一般為30～120min；CB類為超薄型鋼結構防火涂料，涂層在3mm以下，具有良好的裝飾效果，高溫時膨脹形成耐火隔熱保護層，一般應用在耐火極限要求在30～90min的鋼結構構件。因此，涂刷鋼結構防火涂料可以增強鋼結構抗火災能力，防火涂料的質量和施工質量十分關鍵，施工中的主要質量對策如下：防火涂料產品質量要求：用于保護鋼結構的防火涂料應是符合公安部消防產品市場準入規(guī)則，并經國家法定檢驗機構的耐火極限和理化性能檢測合格的產品，用戶、施工單位和工程監(jiān)理應檢查其產品的生產資質是否符合消防產品市場準入規(guī)則要求，鋼結構防火涂料產品的包裝和銘牌標志是否有涂料品種名稱、技術性能、生產批號、貯存期限和使用說明等。防火涂料中的底層和面層涂料是否相互配套，底漆是否銹蝕鋼材。同時，對在同一工程中，每使用100t薄型鋼結構防火涂料應抽樣檢測一次粘結強度；每使用500t厚涂型鋼結構防火涂料應抽樣檢測一次粘結強度和抗壓強度，以確保施涂于鋼結構上的防火涂料產品質量性能符合標準和工程設計要求。

防火涂料、底漆的選用要符合標準規(guī)范要求：防火涂料的選用要嚴格遵守《鋼結構防火涂料應用技術規(guī)范》的規(guī)定執(zhí)行。根據(jù)鋼結構耐火極限要求選用不同的防火涂料：耐火極限≤1h時，可選用超薄型或薄型防火涂料；耐火極限≤2.5h時，可選用薄型或厚型防火涂料：耐火極限＞2.5h時，應選用厚型防火涂料。底漆的選用。防火涂料在火場中保證防火性能的一個重要前提是在火災中膨脹體不能脫落，這除了與防火涂料配方有關外，與底漆的選擇也密切相關。目前國內在鋼結構上使用的底漆大多數(shù)是醇酸防銹漆，一般地說單獨使用醇酸調和漆防銹，其壽命不超過3年。防火涂料涂層有一定的透濕性，所以醇酸調和漆做底漆不能保證防火涂料牢固附著長達15年以上，而且可能一旦發(fā)生火災，醇酸調和漆在溫度達到200℃左右時，即防火涂層剛剛形成隔熱膨脹體時，就會因醇酸調和漆軟化而脫落，從而喪失防火性能。如90min耐火極限的涂料，因為底漆選用了醇酸調和漆，導致耐火極限小于30min即發(fā)生脫落。實驗證明，選用環(huán)氧樹脂為成膜劑，以氧化鋅或磷酸鋅為填料的底漆較好。

4、鋼結構條件下的建筑防火策略

鋼結構條件下的建筑防火有著重大意義。第一，鋼結構的防火保護目的是盡可能的延長鋼結構達到臨界溫度的時間，以爭取一切的時間救人;第二，避免鋼結構在整體結構坍塌時造成人員傷亡;第三，減少鋼結構在火災后的修復成本，使得修復周期縮短，減少造成的直接和間接經濟損失。主要有如下幾種方法。

（1）截流法

截流法主要包括三種具體方法:

a噴涂法，即是利用噴涂機直接將防火涂料噴在構件表面，以形成保護層來隔斷火源。這種方法的適用范圍相當廣泛，可以適用于任何構件。

b包覆法，即在構件的外層覆蓋澆筑混凝土或者耐火磚，將鋼構件完全封閉，從而避免與火焰直接接觸，從而延長溫度的上升時間，保護鋼結構建筑。這種方法施工簡單，但是會影響建筑物美觀，并且要求具有一定的空間。

c屏蔽法，即把鋼結構包藏在耐火材料組成的墻體或者吊頂內，火災時同樣延緩了升溫時間，并且這種方法能夠增加室內的美觀。需要注意的是，在做吊頂和墻體時一定要注意接縫和空洞。一旦出現(xiàn)要及時封閉，以免發(fā)生火災時火苗竄入，引起鋼構件受損。

（2）疏導法

截流法的目的是設法將鋼構件與外界火源隔離。而疏導法的原理截然不同，其允許熱量傳到構件上，然后設法將熱量從其他地方傳遞出去或者消耗掉。這樣也可以達到使構件溫度不高于臨界溫度的目的，從而保護鋼結構。疏導法目前主要是冷卻水保護這一方法。具體操作是:在建筑的空心封閉截面中注水，發(fā)生火災時能夠使得鋼構件把吸收火場里的溫度可以及時傳遞給水，同時依靠水的蒸發(fā)和水的循環(huán)將熱量導出去。這樣構件的溫度則會最多維持在100℃左右。其實，從理論上來講，這是保護鋼結構最為有效的辦法。在發(fā)生火災時，系統(tǒng)相當于盛滿了水的加熱容器，像開水爐一樣工作。根據(jù)水的比熱和汽化熱比較大，發(fā)生火災時構件吸收的熱量會源源不斷的被消耗和排出去。需要注意的是，要保障有充足的水源和足夠的水位。當然，冷卻水的供給可以由高位水箱或者地下水，甚至是消防車來補給，水蒸氣則由排氣口排出。當水柱的位置過高時，可以將冷卻水系統(tǒng)分為多個循環(huán)系統(tǒng)來冷卻，以防止柱底的溫度過高。同時，為了防止管柱的銹蝕和水的結冰，還可以向其中定期加入阻銹劑和防凍劑等。

結束語

在鋼結構工業(yè)廠房設計的過程中，我們不僅要對鋼結構廠房強度、耐久性等方面性能進行嚴格的要求，還要充分的體現(xiàn)出鋼結構廠房的防火安全性能，從而有效的提高工業(yè)廠房結構的穩(wěn)定性和可靠性。

淺談鋼結構防火材料的應用:鋼結構防火涂料的現(xiàn)狀和發(fā)展探討

摘 要：文章綜述了鋼結構防火涂料的現(xiàn)狀、發(fā)展、機理、分類，結合工作實際評述了新產品在建筑中的實際應用，并展望了鋼結構防火涂料發(fā)展趨勢。

關鍵詞：鋼結構；防火涂料

隨著我國建筑業(yè)的不斷發(fā)展，建筑構造的形式也日新月異，其中，鋼結構建筑以其自身強度高、質量輕，并有良好的延伸性能、抗震性能并且具備施工周期短等特點，在建筑業(yè)得到了廣泛應用，尤其在高層建筑以及大跨度建筑等方面顯示出了強大的影響力。據(jù)統(tǒng)計，世界上在100 m以上的高層建筑中鋼結構建筑占了總數(shù)的約79%。近年來，隨著相關技術的完善，鋼結構建筑技術在我國也得到了長足地應用。在我國高層建筑中鋼結構建筑占了37%，多數(shù)是近幾年建設起來的。隨著我國各地城鎮(zhèn)化速度的穩(wěn)步推進，鋼結構技術在我國建筑領域中將擁有更加廣闊的遠景。但由于其自身的缺陷讓鋼結構建筑出現(xiàn)了很多的瑕疵，建筑的質量安全與消防安全對鋼結構建筑影響是最大的，如何處理好這兩方面的問題是最急需要考慮的問題。

1 火災中鋼結構建筑所暴露出來的問題

鋼結構建筑雖然自身是不燃燒體，但因其耐火性能差，在實際火場的高溫下，其強度、彈性系數(shù)等都會明顯降低，當溫度達到600℃時，鋼材就會完全喪失其強度和硬度。

①鋼結構內的夾芯材料防火性能不佳。鋼結構廠房多用夾芯的彩鋼板做墻體和分隔材料，而該芯材多是聚氨脂泡沫、聚苯乙烯等易燃或可燃材料填充，且燃燒時會產生有毒氣體，易造成人員傷亡，2013年消防局已經正式下文杜絕使用此類易燃有毒的彩鋼板。

②鋼結構因自身的抗火性能很差，受熱極易垮塌，不利于消防官兵進行火災撲救和人員物質的疏散。無保護的鋼結構屋架，耐火極限只有15 min，同時，所造成的鋼結構倒塌將嚴重影響火災撲救，消防官兵無法進入建筑內部實施撲救，無法直接撲滅著火點。

2 對鋼結構的強化以及對裸露結點的保護

在火場中，使鋼結構失去穩(wěn)定性的溫度約為500℃，在我們常見的火場溫度有800～1 000℃，此時，裸露結點會很快出現(xiàn)變形和坍塌，這就要求對容易起火、火災負荷大的部位應進行強化，如可適當加密鋼柱的間距，從而提升隔墻的防火承載能力。同時，也應采用噴涂防火涂料對裸露的結點進行保護。

3 鋼結構防火涂料的歷程

防火涂料是建筑材料中的重要成員。自防火涂料配方被研制出來，防火涂料不斷向前發(fā)展，效能也得到了及大的提升，后來又出現(xiàn)了膨脹型防火涂料。我國防火涂料的歷程，較發(fā)達國家晚5～10 a，但現(xiàn)在的發(fā)展速度已經有迎頭趕上的架勢了。不論品種類型、性能效果還是適用標準上看，已經接近國際領先水平。

4 防火涂料的機理

防火涂料的機理可歸納為以下五點：

①本身為不燃材料，使被保護的材料不直接充分地與空氣接觸，延緩被保護材料著火并減緩燃燒速度。

②具有導熱系數(shù)低的特點，可以阻止燃燒時高溫向被保護材料的傳遞時間和速度。

③氮系防火涂料受熱分解出NO、NH3等氮化產物，和有機游離基化合，阻斷連鎖反應，抑制燃燒。

④受熱分解會產生惰性氣體，充斥在了被保護材料受熱分解出的可燃氣體周邊，使之燃燒速度減緩。

⑤膨脹型防火涂料受到高溫后膨脹發(fā)泡，同泡沫滅火機理形成泡沫隔熱層將被保護材料覆蓋，延遲熱量向被保護材料的傳遞，抑制物體著火燃燒。

5 按成分的分類

①一般的防火涂料主要用于木材、人造板等板材上，如用在建筑的木質屋架、頂棚等表面。

②膨脹型防火涂料又劃分為乳液膨脹型防火涂料、溶劑膨脹型防火涂料和膨脹無毒型防火涂料。

③乳液膨脹型防火涂料和溶劑膨脹型防火涂料主要用于常規(guī)建筑物上。

④膨脹無毒型防火涂料主要用于保護電絕緣管、聚乙烯管道上。

6 按效果分類

6.1 厚型

厚型鋼結構防火涂料是指涂層厚度在7～50 mm的涂料，此類防火涂料的耐火極限之多可達到3 h。高溫中涂層表面不發(fā)生膨脹，依靠不燃、低導熱和吸熱性，大幅延緩了鋼結構的升溫。與其他涂料相比，除開具有水溶型防火涂料的部分特點之外，因為其從自身的基質到添加劑均為無機物，所以成本低廉。然而由于其成分采用無機材料，其防火性能較穩(wěn)定，縱使長期使用其性能也能保證，但其涂料成分的粒質過大，導致其外觀會有凹凸不平的現(xiàn)象，影響了鋼結構建筑的整體外觀視覺，因此此類型多用于隱蔽的工程。實際中，多層工業(yè)或民用建筑、高層民用建筑的鋼柱中支承柱的耐火極限要求達到3 h，此時要達到耐火標準采用此類厚型防火涂料進行保護為最佳選擇。

6.2 薄型

薄型鋼結構防火涂料是指涂層厚度在3～7 mm的涂料，此類涂料受火時會發(fā)生膨脹發(fā)泡現(xiàn)象，其機理也是以膨脹發(fā)泡形成耐火隔熱的泡沫層，借此來延緩被保護鋼材的升溫，其耐火極限在2 h以內。對此類防火涂料，所選用的水基型的混合物必須對鋼結構基材具備較好的附著力、耐水性和耐久性。其視覺美觀效果比厚型防火涂料強，但差于超薄型鋼結構防火涂料。

6.3 超薄型

超薄型鋼結構防火涂料是指涂層厚度不超過3 mm的涂料，此類防火涂料遇到高溫也是發(fā)生膨脹發(fā)泡現(xiàn)象，其形成的致密防火隔熱泡沫層，使耐火極限一般控制在2 h左右，也是近幾年發(fā)展起來的新新品種。與之前所述的厚型與薄型鋼結構防火涂料相比，超薄型鋼結構防火涂料的附著力更強，涂層更薄，視覺美觀性也好。在滿足消防規(guī)范的同時也能滿足視覺美觀性的要求，尤其針對有大量裸露結點的鋼結構建筑中，此類涂料更是備受好評的涂料。于此同時，由于此類防火涂料涂層需要敷設的表面很薄，使得對材料的需求大幅減少，從而降低了涂料的成本費用，于此同時還能讓鋼結構建筑的防火保護達到消防規(guī)范要求，性能效果很好，勢必成為今后行業(yè)發(fā)展的趨勢。

6.4 礦物棉型

礦物棉型防火涂料是繼厚型防火涂料之后的進一步升級材料，其與厚型防火涂料所采用的珍珠巖系列和氯氧鎂水泥珍珠巖系列涂料相比，其礦物纖維基料對涂層強度起到了增強作用，起到防火、隔熱和吸音的效果。實際應用中，已廣泛使用的是快干型礦物棉型防火涂料，在施工條件有限的工地使用時，具備了降低施工難度、降低成本和降低干燥時間等多項優(yōu)點。

7 結合工程實際展望新技術

在筆者于2013年7月驗收的荊溪鎮(zhèn)小城鎮(zhèn)規(guī)劃建設展示館項目中，建設方就采用了武漢武立涂料有限公司出品的室內薄型鋼結構防火涂料來處理該建筑的耐火性能，經公安部消防產品合格評定中心抽檢，由國家防火建筑材料質量監(jiān)督檢驗中心出具的檢驗報告顯示，該NB室內薄型鋼結構防火涂料在涂層厚度4.7 mm時，耐火性能試驗時間為3.0 h，符合規(guī)定的耐火時間要求，其余各項技術指標均合格。該NCB室內超薄型鋼結構防火涂料在涂層厚度2.00 mm（含防銹漆厚度0.04 mm）時，耐火性能試驗時間為2.1 h，符合規(guī)定的耐火時間要求，其余各項技術指標均合格。從而滿足了規(guī)范要求的鋼柱3 h，鋼梁2 h的要求。

由此得知，國內已經出現(xiàn)了耐火性能達到或超過3 h的薄型鋼結構防火涂料新品種，它主要是以特殊結構的丙烯酸乳液作為基料粘合劑，附以高聚合度聚磷酸銨、季戊四醇（95%含量）、三聚氰胺（一等品）等為防火阻燃體系，添加鈦白粉、膨脹石墨等無機耐火材料，以200#溶劑油為溶劑復合而成。各種輕鋼結構、網架等已經可以采用該類型防火涂料進行防火保護。由于該類防火涂料涂層薄，使得使用量較厚型防火涂料大大減少，從而降低了工程費用，又使鋼結構得到了有效的防火保護，防火效果很好。

隨著對環(huán)境保護要求的不斷提高，防火涂料的環(huán)保性能也提上了發(fā)展日程，向著低污染、高性能的方向提升。水基型防火涂料由于安全無毒、對環(huán)境影響小，成為今后發(fā)展的重要方向。其中，又以無機型防火涂料具備的不燃性、耐高溫性，即使高溫作用也不會產生有害氣體的優(yōu)良因素，讓其在防火涂料發(fā)展中越來越受到重視。如硅酸鹽膨脹型防火涂料，就是用梯次發(fā)泡的原理，讓低溫發(fā)泡層與高溫發(fā)泡層的融合，解決了火場高溫中鋼結構前期導熱升溫快和后期涂層融化的問題。另外，采用膨脹型和非膨脹型防火涂料相結合的方法也是重要的研究方向，即涂料的配方中既有膨脹型的材料，又含有較多耐火基料的成分，再加入高熔點的無機纖維材料等，使防火涂層在火場高溫的作用下形成膨脹率很低的高強度碳素表面，確保表面能夠長時間在火場中迎火而不會造成脫落。

8 結 語

總之，隨著我國建筑業(yè)的蓬勃發(fā)展，鋼結構基材作為一種相當好的建筑材料，其應用也將越來越廣泛。鋼結構建筑廣泛應用后的消防安全問題，直接關系著廣大人民群眾人生和財產的安全。然而鋼結構建筑在耐火性能上存在著先天不足，為了創(chuàng)造出更好的消防安全環(huán)境，我們著手大力發(fā)展新型防火涂料是非常重要的和刻不容緩的。新的鋼結構防火涂料產品的不斷問世和深入發(fā)展，也促進著消防事業(yè)的發(fā)展，在保護國家和人民群眾的生命財產安全中發(fā)揮了其重大作用。

淺談鋼結構防火材料的應用:淺談石油化工企業(yè)鋼結構防火設計

摘要:探討石油化上裝置鋼結構防火設計的特點，鋼結構防火材料的設計選用，鋼結構防火規(guī)范的理解和鋼結構防火設計思考等問題。

關鍵詞:石油化上裝置:鋼結構:防火

0引言

在大型石化裝置的結構設計中，鋼結構以其強度高、自重輕、加強改造處理靈活，組裝制造方便，施工周期短等優(yōu)點而被設計人員大量的采用。據(jù)筆者初步估算，在近年來的中石化、中石油的項目建設中，鋼結構框架、排架等占到結構型式的一半以上，特別是高層的化工裝置框架、鋼結構，往往以其較好的變形性能、優(yōu)越的抗震效果而被設計人員作為設計方案的首選。

1判斷結構是否適合用鋼結構

鋼結構通常用于高層、大跨度、體型復雜、荷載或吊車起重量大、有較大振動、高溫車間、密封性要求高、要求能活動或經常裝拆的結構。直觀的說: 大廈、體育館、歌劇院、大橋、電視塔、倉棚、工廠、住宅和臨時建筑等。這是和鋼結構自身的特點相一致的。在石油化工企業(yè)中鋼結構常用于冷換框架、反應器框架、管架、廠房、泵棚、樓梯間等。2 結構選型與結構布置在鋼結構設計的整個過程中都應該被強調的是“概念設計”, 它在結構選型與布置階段尤其重要。對一些難以作出精確理性分析或規(guī)范未規(guī)定的問題, 可依據(jù)從整體結構體系與分體系之間的力學關系、破壞機理、震害、試驗現(xiàn)象和工程經驗所獲得的設計思想, 從全局的角度來確定控制結構的布置及細部措施。運用概念設計可以在早期迅速、有效地進行構思、比較與選擇。所得結構方案往往易于手算、概念清晰、定性正確, 并可避免結構分析階段不必要的繁瑣運算。同時, 它也是判斷計算機內力分析輸出數(shù)據(jù)可靠與否的主要依據(jù)。鋼結構通常有框架、平面架、網架(殼) 、索膜、輕鋼、塔桅等結構型式。在石油化工企業(yè)中常見的結構形式有: 鋼框架主要用于支承冷卻器、換熱器、臥式容器、空氣冷卻器等化工設備; 鋼排架用于支承管道、電纜儀表槽盒等；門式鋼架用于大型壓縮機廠房、泵棚等。

結構選型時, 應考慮它們不同的特點。在輕鋼工業(yè)廠房中,當有較大懸掛荷載或移動荷載, 就可考慮放棄門式剛架而采用網架。基本雪壓大的地區(qū),屋面曲線應有利于積雪滑落(切線 50°內需考慮雪載)，降雨量大的地區(qū)相似考慮。建筑允許時,在框架中布置支撐會比簡單的節(jié)點剛接的框架有更好的經濟性。結構的布置要根據(jù)體系特征,荷載分布情況及性質等綜合考慮。一般的說要剛度均勻、力學模型清晰, 盡可能限制大荷載或移動荷載的影響范圍, 使其以最直接的線路傳遞到基礎。柱間抗側支撐的分布應均勻, 其形心要盡量靠近側向力(風震)的作用線, 否則應考慮結構的扭轉, 結構的抗側應有多道防線。比如有支撐框架結構, 柱子至少應能單獨承受 1/4 的總水平力。框架結構的樓層平面次梁的布置, 有時可以調整其荷載傳遞方向以滿足不同的要求。通常為了減小截面沿短向布置次梁, 但是這會使主梁截面加大, 減少了樓層凈高,頂層邊柱也有時會吃不消, 此時把次梁支撐在較短的主梁上可以犧牲次梁保住主梁和柱子。梁保住主梁和柱子。

2鋼結構的耐火特性

鋼結構雖然具有重量輕、空間大、施工快、便于改造等優(yōu)點, 但鋼材與其他材料一樣, 也會受到火災帶來的不利影響。與混凝土相比, 鋼材的耐火性能差。鋼材雖不燃燒, 但在火災高溫作用下, 其力學性能、鋼材的強度在 0~250℃范圍內基本無變化, 只是在達到 300℃以上強度開始下降,500℃時強度只是原來的一半,600℃時是原來強度的六分之一到七分之一, 強度幾乎喪失殆盡, 也就是鋼材的耐火極限在 15min 左右。根據(jù)一些實驗資料, 結構用鋼當溫度低于300℃時, 強度增加而塑性降低;當溫度高于 300℃時, 強度降低而塑性增加。鋼材的導熱系數(shù)約為混凝土的 40 倍, 當構件表面受熱時, 熱量會很快傳到其內部; 加之由于鋼構件由單一材料組成, 溫度分布均勻, 截面形狀呈薄壁狀, 受火面積大, 在火災中升溫快, 我國《鋼結構設計規(guī)范》規(guī)定: 當鋼結構表面長期受輻射熱達到 150℃以上或在短期內可能遭到火焰作用時, 應采取有效防護措施, 以保證有效期內安全可靠。

3鋼構件的防火保護方法

3.1 隔熱法

用耐火材料把構件包裹起來。包裹材料有混凝土、輕質耐火混凝土或鋼絲網膜耐火砂漿等, 其優(yōu)點是取材方便, 價格低廉, 表面強度高, 耐沖擊, 對施工技術要求不高, 但比較笨重。

3.2阻熱法

原理是截斷或阻滯火災產生的熱量向構件傳輸, 從而使構件在規(guī)定的時間內溫升不超過臨界溫度。其做法是在構件表面設置一層保溫材料, 火災產生的高溫首先傳給這些保溫材料, 再由保溫材料傳給構件。由于所選保溫材料導熱系數(shù)均較小, 所以必然能阻滯熱流向構件的傳輸, 起到保護作用。

3.3導熱法

就是在空心封閉截面中( 主要是柱) 充水, 火災時構件把吸收的熱量傳給水, 依靠水的蒸發(fā)消耗熱量或通過循環(huán)把熱量導走, 構件的溫度可維持在 100℃左右。使構架溫度不至于升高到臨界溫度, 從而起到保護作用。這種方法在實際生產中很難行得通, 也不適用于室外鋼構架。

3.4噴涂法

用噴涂器具將防火涂料直接噴涂在構件表面, 火災時能形成耐火保護層, 目前大型石化廠構架采用的方法主要有兩種。厚涂型防火涂料( H 類) 涂層厚度介于8-50mm, 該類涂料密度較小, 導熱率低, 以涂料本身的隔熱性能來提高鋼梁的耐火極限, 耐火極限可達 0.5-3h。薄涂型防火涂料( B 類) 涂層厚度為 7mm 以下, 該類涂料具有一定的裝飾性能, 以涂層遇高溫時膨脹發(fā)泡所形成的耐火隔熱來提高鋼梁的耐火極限。它的耐火極限可達 0.5-2h。因此薄涂型一般適用于室內鋼結構。而石化企業(yè)火災屬于烴類火,烴類火災與建筑火災的主要區(qū)別是升溫曲線不同, 建筑火災 30min 火焰溫度達到 700~800℃, 而烴類火災升溫速度快,10min 溫度達到 1000℃。

因此薄涂型防火涂料雖然涂層薄質量輕, 但這類涂料耐火極限很低, 在室外使用有老化問題、在潮濕環(huán)境下膨脹的可靠性問題以及樹脂分解后產生濃煙及有害氣體等原因。防火涂料的一般要求原料應預先檢驗, 不得使用石棉材料和苯類溶劑。防火涂料可使用噴涂、抹涂、輥涂、刮涂或刷涂等方法中的一種或多種方法施工, 并能在通常的自然環(huán)境條件下干燥固化。防火涂料應呈堿性或偏堿性。覆層涂料應相互配套, 底層涂料應能同普通防銹漆配合使用。涂層干后不應有刺激性氣味, 燃燒時一般不產生濃煙和有害人體健康的氣味。

4設計思考的一些問題

由于石化裝置防火設計中，對應于不同構件設計不同的涂層厚度在實際操作中不可行，所以根據(jù)本公式對整個裝置的鋼結構型號的選用上，可以通過分析比較選取適于防火的截面形式。目前在石油化工防火設計中，基本是以上述的標準構件耐火試驗為基礎的。實際上，基于計算的現(xiàn)代設計分析方法已經開始發(fā)展運用，CECS200:2006《建筑鋼結構防火技術規(guī)范》以火災高溫下鋼結構的承載力極限狀態(tài)為基礎，根據(jù)概率極限狀態(tài)設計法的原則，做了抗火設計分析驗算方法的推薦，對于普通的結構構件可進行一般抗火計算，對于一些特別重要的結構宜進行整體抗火計算。由于石油化工企業(yè)的火災絕大多數(shù)是烴類火災，標準火災(即建筑火災)與烴類火災的主要區(qū)別是升溫曲線不同，標準火災的升溫曲線，在30分鐘時的火焰溫度約700}8000C;而烴類火災的升溫曲線，在10分鐘時的火焰溫度便達到10000C。所以，是否在石化裝置設計中進行抗火計算，需要設計師基于設計方案、建筑物的特點及重要性、技術實現(xiàn)手段、工程造價等因素進行分析判斷。

5總結

隨著我國經濟的不斷發(fā)展，新材料的研制開發(fā)，石油化工鋼結構防火設計中需要考慮安全風險、工程造價、材料性能、施工方便等綜合因素，運用先進的計算手段，選取簡單、易行、優(yōu)化的設計方案。