结构用钢高温力学性能分析及防火技术措施

　　1 问题的提出
　　随着工业技术的进步和人民生活水平的提高，建筑中对大跨度空间结构及超高层钢结构的需求不断增加，而钢材是能够满足上述结构要求的主要轻质高强材料之一[1]。目前，我国建筑造型的多样化、多功能化趋势，使得钢结构有了更大的发展空间。由于钢结构构件截面宽展、瘦长，钢材的导热系数大(约为混凝土的40倍)，以及钢材的力学性能对温度的敏感性等原因，火灾对钢结构的威胁远大于钢筋混凝土结构。一旦发生火灾，钢结构的承载能力降低，变形增大，在较短的时间(10～20 min)内就能达到极限状态以至发生破坏。因此，相对于钢筋混凝土结构而言，钢结构的防火是一个不可回避的安全问题。
　　2 结构用钢高温力学性能分析
　　以在实际工程中最常用的钢材Q235钢为例，其屈服强度和弹性模量与常温下对应值之比随火灾温度变化的曲线。
　　在火灾条件下，Q235钢的力学性能与常温下相比，有明显不同。
　　(1)屈服强度随火灾温度的升高而降低。在200’C时，屈服强度为常温下的82．3％；在400。C时，屈服强度为常温下的49．8％；在600℃时，屈服强度只有常温下的20．4％。
　　(2)弹性模量随火灾温度的升高而降低。在200。c时，弹性模量为常温下的95．9%；在400℃时，弹性模量为常温下的83．1％；在600。C时，弹性模量只有常温下的17．1％。
　　由此可见，钢材虽为非燃烧材料，但不耐火。在火灾高温条件下，结构钢的强度和刚度都将迅速下降。因此，当建筑采用无防火保护措施的钢结构时，一旦发生火灾，结构很容易发生破坏。例如，2004年10月，河南省某市一家电量贩发生火灾，钢结构屋顶被烧整体倒塌，造成2人被埋压致死。
　　3 钢结构防火技术措施
　　3．1设置防火屏障
　　在钢构件的迎火面设置防火屏障，将钢构件与火焰隔开，如图2所示。例如，在钢梁下面安装防火平顶，在钢柱外侧设置一定宽度的防火板等。采用这种方法，应特别注意接缝、孑L洞处的密封性，防止窜火。
　　3．2砌筑耐火砖或浇筑混凝土
　　采用砌筑耐火砖或浇筑混凝土完全封闭钢构件，如图3所示。这种方法的优点是强度高、耐冲击；缺点是占用的空间较大。例如，用C20混凝土保护钢柱，其厚度为5～10 cm才能达到1．5～3 h的耐火极限。另外，这种方法施工也较麻烦，特别是在钢梁、斜撑上，施工十分困难。国内石化工业厂房过去大多采用砌砖方
　　3．3外包耐火轻质板材
　　采用耐火轻质板材作为防火外包层。耐火轻质板材的主要材料是水泥、石膏、硅酸钙、蛭石、陶瓷纤维、岩棉、砾石这些耐火、无毒的物质，加工成板材以后，通过不同的构造方法制成保护层。板材保护的做法有直接包裹或贴敷、使用加固铁件连接、软性材料缠绕等。例如，有采用软性的陶瓷纤维毡缠绕在钢构件上的，有使用掺无机纤维硅钙板、蒸压轻质混凝土板、无机纤维强化石膏板、挤压成型水泥、预制混凝土板直接贴敷的等。
　　采用耐火轻质板材作为防火外包层，具有表面平整、装饰性好、施工方便以及占用空间少、综合造价低等优点。目前，这种方法正逐步得到广泛应用。