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钢结构工程的耐火性介绍

随着工业化程度的提高,钢结构应用越来越广泛,抗震性、舒适性更是人人可见,对于钢结构工程的耐火优点,更是没得说。

一.钢结构的优点

A.钢结构的重量轻,虽然钢的比重大,但因其机械性能很好,可以承受较大的荷载,故钢结构件截面尺寸小,同样跨度同样荷载时,钢屋架的重量最多不过钢筋混凝土屋架的1/4或1/3,钢结构的重量小,便于运输。

B.钢结构安装施工简便。钢结构由专业化金属构件厂生产构件(梁、屋架、柱等),在工地上用电焊或螺栓(或高强螺栓)连接起来,施工安装简便迅速,提高施工速度,已成为降低工程造价的最主要因素,结构造价问题已降到次要的地位。而且,螺栓连接的钢结构便于改造拆迁。

C.钢结构制造、安装机械化程度高。钢结构具有某种段度的技术密集型性质,钢结构所用的材料单一,而且是成品,加工简便,机械化程度高,建造迅速,容易保证质量,适宜于成批大量生产,从构件的工厂加工到现场吊装,工业化程度大大高于具有劳动密集性质的现浇钢筋混凝土结构。

D.材质均匀,与力学计算的假定比较符合,钢材内部组织比较均匀,按近于各向同性体,而且在一定的应力幅度内几乎是完全弹性的。因此,钢结构的实际受力情况与建筑力学计算的结果比较符合。

E.钢结构在平面布局上的灵活性,则是另一重要特点。在信息时代的今天,对室内平面,空间和内部设施的要求更加严格了。原先的布局和设备,不久就可能变成不太适用或完全不适用,钢结构却可为平面重新布局提供更大的可能性,从而延长建筑物的使用寿命。

钢结构虽然有这么多优点,但却有一个致命的缺点:不耐火。钢材虽然是不燃材料,但在火灾高温作用下,其力学性能如屈服强度、弹性模量等却会随温度升高而降低,在550℃左右时,降低幅度更为明显,一般在15分钟左右就会丧失承重能力而垮塌。国内外钢结构建筑物的火灾案例都证明,发生火灾后20分钟以内就把建筑物烧垮,最后形成一片废墟。

二.钢结构的耐火保护方法

由于钢结构耐火能差,在火灾高温作用下很快失效倒塌,耐火极限仅15分钟,若采取措施,对钢结构进行保护,使其在火灾时温度升高不超过临界温度,钢结构在火灾中就能保持稳定性,对钢结构采取的保护措施,从原理上来讲,主要可划分为两种:截流法和疏导法。

1.截流法

截流法的原理是截断或阻滞火灾产生的热流量向构件的传输,从而使构件在规定的时间内温升不超过其临界温度。其作法是构件表面设置一层保护材料,火灾产生的高温首先传给这些保护材料,再由保护材料使给构件。由于所选材料的导热系数较小,而热容又较大,所以能很好地阻止热流向构件的传输,从而起到保护作用。截流法又分为喷涂法、包封法、屏蔽法和水喷淋法。

2.喷涂法

喷涂法是用喷涂机具将防火涂料直接喷在构件表面,形成保护层。钢结构防火涂料按所使用的胶粘剂的不同可分为有机防火涂料和无机防火涂料两类,按涂层厚度分为薄涂型和厚涂型两类,薄涂型钢结构涂料涂层厚度一般为2~7mm,有一定装饰效果,高温时涂层膨胀增厚,具有耐火隔热作用,耐火极限可达0.5~1.5小时,这种涂料又称钢结构膨胀防火涂料。厚涂型钢结构防火涂料厚度一般为8~20mm,粒状表面,密度较小,导热系数低,耐火极限可达0.5~3.0小时,这种涂料又称钢结构防火隔热涂料。

不同的元素对钢材性能的影响

(1)碳:含碳量越高,钢的硬度就越高,但是它的可塑性和韧性就越差.

(2)锰:能进步钢的强度,能消弱和消除硫的不良影响,并能进步钢的淬透性,含锰量很高的高合金钢(高锰钢)具有良好的耐磨性和其它的物理性能.

(3)硫:是钢中的有害杂物,含硫较高的钢在高温进行压力加工时,轻易脆裂,通常叫作热脆性.

(4)磷:能使钢的可塑性及韧性明显下降,特别的在低温下更为严重,这种现象叫作冷脆性.在优质钢中,硫和磷要严格控制.但从另方面看,在低碳钢中含有较高的硫和磷,能使其切削易断,对改善钢的可切削性是有利的.

(5)硅:它可以进步钢的硬度,但是可塑性和韧性下降,电工用的钢中含有一定量的硅,能改善软磁性能.

(6)钼:可明显的进步钢的淬透性和热强性,防止回火脆性。

(7)钨:能进步钢的红硬性和热强性,并能进步钢的耐磨性.

(8)铬:能进步钢的淬透性和耐磨性,能改善钢的抗腐蚀能力和抗氧化作用.

(9)钛:能细化钢的晶粒组织,从而进步钢的强度和韧性.在不锈钢中,钛能消除或减轻钢的晶间腐蚀现象.

(10)硼:当钢中含有微量的(0.001-0.005%)硼时,钢的淬透性可以成倍的进步.

(11)镍:能进步钢的强度和韧性,进步淬透性.含量高时,可明显改变钢和合金的一些物理性能,进步钢的抗腐蚀能力.

(12)铝:能细化钢的晶粒组织,阻抑低碳钢的时效.进步钢在低温下的韧性,还能进步钢的抗氧化性,进步钢的耐磨性和疲惫强度等.

(13)钒:能细化钢的晶粒组织,进步钢的强度,韧性和耐磨性.当它在高温熔进奥氏体时,可增加钢的淬透性;反之,当它在碳化物形态存在时,就会降低它的淬透性.

(14)铜:它的突出作用是改善普通低合金钢的抗大气腐蚀性能,特别是和磷配合使用时更为明显.


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