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鋼結構的防火設計

更新时间:2019-10-31 03:13人气:5887
  中國鋼管信息港網民提供:技術交流銅結構的防火設討中國石化巴陵石油化工設計院王平內容本文根據工程實例敘述了鋼結構防火設計的基本原則,論述了鋼結構防火塗料的分類及防火道理 ,闡述了防火塗料性能的檢測。
  
  采用了大量的鋼框架多層廠房鋼結構管架,這是我院規模最大的一次鋼結構設計工程。其中,防火設計就是鋼結構設計中非常首要的一個環節。
  
  一、概述鋼結構耐火性差,一般當結構溫度達到35CTC、500*C、600*C時,其強度分別下降了1/3、1/2和2/3,未加保護的鋼結構在火災溫度下,隻需15分鍾,本身溫度就可達到540C以上,鋼材的力學性能,諸如屈服點、抗壓強度、彈性模量和承載能力等都迅速下降 ,鋼結構雖是不燃體,但耐火極限僅0.25小時,所以當遭火災時鋼結構在20分鍾內就將被烈火吞噬變成麻花狀的廢物。
  
  火災對國民經濟和人類環境造成巨大經濟損失和人身傷亡。據發達國家1980年的統計,火災直接損失均勻約占國民經濟生產總值的0.2% 0.3% ,死亡率達十萬分之二擺布 。我國的火災損失呈增加趨勢,年均勻增加率為24.3%,我國火災統計中,城市火災占很大比例。煉油廠也時有火災發生,如東方紅煉油廠1975年第二套常減壓裝配發生火災 ,南京煉油廠1993年油罐著火,都給國家帶來經濟損失 。
  
  隨著鋼結構建築的迅速發展,隨之而來的防火保護技術題目日趨突出。我國二十世紀八十年代初期從國外引進了一些鋼結構防火塗料,如英國的MandoliteP20防火隔熱材料,美國的FCC-50鋼結構膨脹防火塗料和日本的礦纖維噴塗材料等。自二十世紀八十年代中期起我國有關單位先後研究開發厚塗型和薄塗型兩類鋼結構防火塗料,並廣泛用於亞運會體育館、國貿中間、京城大廈等國家重點建設工程中,進步了鋼結構耐火極限,達到了防火規範要求,有的還經受了實際火災的考驗。
  
  二 、鋼結構防火設計的基本原則在嶽化環氧樹脂廠24000t/a環氧氯丙烷裝配的鋼結構設計中 ,根據國家標準《石油化工企業設計防火規範》(GB50160-92)中對鋼結構中的耐火保護規定,六個多層鋼框架廠房高度在10m以下(包括1m)的梁柱表麵均噴塗了JA60-4(H類)厚塗型防火塗料,塗層厚度20mm;鋼管架高度在4.5m以下(包括4.5m)的柱(當最下層梁底標高超過4.5m時,保護至梁下300mm處,但不宜低於4.5m)表麵均噴塗了JA60-4(H類)厚塗型防火塗料,塗層厚度20mm;單層承重的鋼支架的全部梁柱表麵均噴塗JA60-4(H類)厚塗型防火塗料,塗層厚度20mm.以上鋼結構防火塗料的耐火極限均不應低於1.5小時,鋼結構在噴塗防火塗料前,必須清除防鏽層,最低除誘等級不得低於ST3級,除鏽後刷H88-1型防鏽底漆二道。
  
  為保證防火塗層做到“安全可靠”和“經濟公道”,對於不同規格和不同耐火極限要求的鋼結構構件應噴塗不同的塗層厚度。
  
  當選用的防火塗料產品已作過不同厚度塗層的耐火試驗時 ,可以根據防火規範對鋼結構構件耐火極限的規定,直接選用需要噴塗的塗層厚度。
  
  當工程中確定用厚塗型防火塗料時,待保護的鋼構件與標準試驗鋼構件的規格尺寸差距較大,又不能對每種規格的鋼構件都噴塗塗料作耐火試驗時,可以根據已有試驗數據用經驗公式計算來確定塗層厚度。下述公式是由美國UL試驗室提出,在技術交流中此“鵪梁的塗層厚度,擴大到可以計算鋼柱的塗層厚度。
  
  中國鋼管信息港網民提供:計算公式如下:D1-待保護鋼梁與塗層接觸麵周長(mm)D2-標準試驗時鋼梁與塗層接觸麵周長(mm)K-係數,對鋼梁,K=1;對相應樓層鋼柱的保護層厚度 ,取K=1.25 9mm,耐火時間t1h,一般用136b鋼梁作標準耐火試驗,則:W2/D2=65.66/1110=0.0592,其他規格I字鋼梁防火塗層換算係數:a=對薄塗型塗料厚度的確定一般還是以耐火試驗時塗層厚度為根據,並可適當留有餘地,以增加安全係數。熱乳丨字鋼,宜采用較大的型號,焊接H型鋼在同種型號中宜采用腹板較厚的規格 ,對防火較為有益。
  
  根據安全可靠、技術先進、經濟公道的原則,在設計露天鋼結構防火保護時,應以耐火性考慮,並優先選用可直接噴塗施工技術先進的厚塗型塗料。
  
  三、鋼結構防火塗料的分類及防火道理根據國內外鋼結構防火塗料的構成、性能特點 、利用範圍、可分成薄塗型(B型)和厚塗型(H型)兩類防火塗料。
  
  1.薄塗型(B型)鋼結構防火塗料薄塗型(B型)鋼結構防火塗料又稱為鋼結構膨脹型防火塗料。塗層厚度一般為2定裝潢效果,高溫時膨脹增厚耐火隔熱,耐火極限在0.5 ~1.5h,塗層的粘結力強,抗振動和撓曲性好,所以特別適用於體育館、產業廠房***露的有裝潢要求的鋼結構或輕型鋼結構。
  
  薄塗型防火塗料由粘合劑、催化劑、發泡劑、碳化劑 、填料及改性劑等構成。粘合劑使塗料各組分粘接在基材上 ,使塗料具有良好的理化性能。催化劑遇火分解出酸,使碳化劑脫水,碳化形成牢固碳骨架,發泡劑遇火分解出大量不燃氣體,將碳架軟體“吹塑”成蜂窩狀的阻火泡沫層 ,並有稀釋氧氣的感化。填料則可進步塗料耐火性能,使塗料的常溫理化性能達到要求,同時火災條件下膨脹發泡層密實、避免發泡層被熱流衝掉。改性劑是為有益於塗料的塗刷性、成膜性、耐候性、抗凍性、儲存穩定性的組分 。由於塗層的碳質泡膜在1000T高溫下,穩定性降低並逐步碳化掉,國內外提供的耐火極限數據均未達到2h,塗層厚度不超過7mm.厚塗型(H類)鋼結構防火塗料,又稱鋼結構隔熱防火塗料。塗層厚度一般為8~50mm,導熱率低,耐火極限可達0.5~3h.適用建築物竣工後被埋沒,或外觀要求不高,耐火極限在1.5h以上的鋼結構。
  
  厚塗型鋼結構防火塗料,一般由無機盡熱骨料,無機膠結劑,防火添加劑,化學助劑及填料等混合配製而成。有蛭石水泥係、氧氯化鎂水泥係、礦纖維水泥係等類。盡熱骨料是塗料的主體,起隔熱耐高溫感化,常是輕質多孔材料,孔隙率越大 ,氣孔直徑愈小 ,骨料導熱係數小,從而降低構件溫度升高的速率,進步構件的耐火能力,膠結劑是塗料的首要構成部分 ,將各組分牢固地粘結在一起,形成具有一定強度的塗層,同時牢固粘結於基材,膠結劑大多采用水泥矽酸鹽等,以水為分散介質。添加劑在高溫下產生熱分解並開釋出不燃氣體。從而降低環境溫度。化學助劑則是在使塗層硬化後在塗層內部形成封閉氣孔,進步盡熱性能,同時改善施工條件。填料是為降低塗料本錢而摻加的活性混合材料。
  
  隔熱防火塗料的防火感化是基於矽酸脫水吸熱材料(添加劑)分解過程和隔熱過程來實現的,矽酸鹽類膠結劑水化後,水化物中含水量15%以上以結晶水形式存在於水化物中,當塗層暴露於火源時水化產物發生脫水、汽化感化,從而吸收大量熱量 ,蒸發1kg水可吸收2.34MJ的熱量,塗層中的吸熱材料因受熱而發生分解或相變過程。這些過程同樣會消耗一定的能量,從而降低構件的升溫速率進步構件的耐火能力。
  
  露天鋼結構用隔熱防火塗料,有的產品需在塗層表麵增設防水防火麵層,以保證防火耐久性,同時可改善塗層的裝潢性能。
  
  四、防火塗料性能的檢測不論哪類防火塗料,其產品都應通過國家技術技術交流監視局指定的國家防火建築材料質量監視檢驗測試中間的檢測(地址 :四川省都江堰市)達到規定的技術性能指標的塗料才可選用。CECS24 :90規範對防火塗料技術性能指標作了明確的規定。
  
  (1)耐火極限:這是防火塗料根本的指標,是根據國家標準《建築構件耐火試驗方法》(GB9978-88)測定的。該標準等效采用國際標準IS0834-1975《建築構件-耐火試驗》。標準規定了試驗的裝配、試驗條件、試件要求、試驗程序、耐火極限判定條件和試驗報告。
  
  耐火極限判定條件:承重構件是按是否失往承載能力或抗變形能力判定,梁以試驗過程中,試件發生垮塌或試件的最大撓度超過L/20(L為試件跨度,單位cm)時,則表明試件達到耐火極限。柱以試驗過程中試件發生垮塌或試件的軸向收縮引發的變形速度超過3xH(mm/min)(H為試件在爐內的受火高度,單位m)時,則表明試件達到耐火極限。當承重構件同時起分隔感化時,還應按失往完整性,或失往盡熱性時為達到耐火極限 。
  
  (2)粘結強度:這是各類防火塗料在性能上的共同要求,粘結力差,塗層會隨時間的推移而龜裂,脫落 ,失往防火保護感化。粘結強度的測試方法是參照《合成樹脂乳液砂壁狀建築塗料》(6巳9153-88)6.12條粘結強度試驗進行。
  
  (3)耐水性:用以表明塗料在不同天氣條件下使用具有一定的耐久耐候性能。其測試方法參照《漆膜耐水性測定法》(GB1733)甲法進行。即噴塗於試件(120x50x10的鋼板)上的防火塗料放在60±5*C的烘箱內幹燥到恒重,取出放人室溫下的自來水浸泡,觀察有關起層 、脫落等現象的發生。
  
  (4)耐凍融循環性能:同樣表明塗料的耐久耐候性能。其測試方法參照《建築塗料耐凍融循環性測定法》(GB9154-88)進行試件與耐水性試驗相同。用於室內的鋼結構防火塗料,將幹燥後的試件放置在23*2*C的室內18h,取出置於-18~ -20T的低溫箱內冷凍3h,再取出放置在50*2*C的烘箱內3h為一循環,如此往複記錄數次,觀察塗層開裂、起泡、剝落等異常現象 。對於室外的鋼結構防火塗料,應將試件放置在23*2t的室內18h,改為置於水溫23*2t的水槽內浸泡18h,其餘條件不變。是以,選用室外鋼結構防火塗料要慎重 。
  
  (5)抗壓強度、幹密度、導熱率:厚塗型鋼結構防火塗料其塗層要求幹密度小,同時導熱率也低 ,耐火隔熱性能就好。但是幹密度太小,塗M強度降低易破損 ,是以規定了適宜的抗壓強度、十密度和導熱任性能指標。
  
  (6)抗振、抗彎曲性:薄塗型鋼結構防火塗料大多用於體育館和產業廠房***露鋼結構上,鋼構件截麵積小,受到振動和撓曲變形的機會多,塗層易脫落和開裂。其試驗方法是在研究開發防火塗料新品種中根據工程利用而建立起來的。
  
  2.鋼結構防火塗料的耐久性防火塗料不同於其他功能性塗料,如防腐、防水塗料 ,一旦功能失往後就會導致材料腐蝕、屋麵漏水,人們能在較短時間的發現並進行處理,而防火塗料其功能在火災初期表現出來,如其防火功能喪失,塗層不起防火感化,其損失不可彌補。
  
  中國鋼管信息港網民提供:厚塗型防火塗料的防火耐久性 ,與其粘結劑的構成和用量 ,盡熱骨料孔隙體積密切相關。薄塗型防火塗料的防火耐久性與粘結劑構成和用量、膨脹劑的類型和用量密切相關。一般來講 ,厚塗型防火塗料的耐久性好於薄塗型防火塗料。

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