浅谈钢结构防火材料的应用

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浅谈钢结构防火材料的应用:钢结构厂房中的建筑防火设计浅析

摘 要：我国正趋向于发展节能型、可持续发展型社会建设，由此对于建筑设计提出了更高的要求，钢结构厂房建筑是我国生产发展的基础设施，建设数量有增无减，本文对钢结构厂房中的建筑防火设计进行研究。

关键词：钢结构；厂房；建筑防火设计

前言

一般而言，就钢结构性能来讲，主要体现在3个方面：承载性能高、稳定性能优越、安全性能可靠。随着科学技术的不断进步以及社会经济的快速发展，多层钢结构工业厂房如雨后春笋般崛地而起，已经逐渐成为了一种我国当前工业厂房建设发展过程中的新型建筑类别。

一、钢结构工业厂房特点

就其钢结构工业厂房而言，具有很强的优越性，主要表现在以下方面：

钢结构构件可在厂房里可以实现批量生产，因而施工工艺简单，同时安装便捷，在一定程度上缩短了施工的周期。钢结构构件结构体系主要运用轻钢，与其他钢材料性能相比，具有很大的优越性能，其自身的重量相对较轻。从本质上来讲，工业厂房结构运用轻钢材料，在一定程度上有助于减轻钢结构工业厂房的自重。钢结构工业厂房主要运用轻型围护结构。具体而言，采用夹芯金属板作为主要的围护材料，其材料自重相对较轻，且承载力较高，对钢结构工业厂房的基础要求水平不高，有助于缩短施工工期，提高施工质量。钢结构体系从本质上归属于绿色环保建筑，作为一种强度与效能均高的建筑材料，其再循环价值相对较高。通常情况下，无需进行制模施工。此外，在厂房用途的影响下，钢结构工业厂房每层高值都相对较大，厂房空间得到了极大的拓宽，厂房结构性能优越。

二、钢结构建筑火灾的危险性

1、钢结构的耐火性差

钢结构的耐火性很差，耐火极限低。当钢构件自身温度达到350℃时，其强度会下降1/3；当自身温度达到500℃，其强度会下降1/2；当自身温度达到600℃，其强度会下降2/3；在全负荷情况下，使钢构件失去平衡稳定性的临界温度为500℃，而在火灾过程中，一般最低的温度为800℃，所以钢结构很容易失去强度和稳定性，造成建筑物的坍塌。

2、材质易导热隔热性差，快速升温

钢铁作为建筑构件材料，相对于传统的砖混结构建筑以及钢筋混凝土结构建筑构件，钢材具有容易导热，隔热性差的特点，如果不涂抹隔热涂层，钢结构在火灾发生时，将迅速升温，导致形状变化。

3、钢结构建筑构件耐腐蚀性差

有些工厂车间会生产腐蚀性产品，腐蚀性气体挥发损伤钢结构建筑构件，发生化学腐蚀；另外钢结构还会发生电化学腐蚀，当大气中的相对湿度大于60%时，钢构件的电化学腐蚀加剧。

三、钢结构条件下建筑的防火设计

1、确定钢结构建筑的防火等级

建筑物的耐火等级是对建筑物进行防火设计的重要依据之一。长久以来，建筑物的防火问题是工程师考虑的首要问题。而最重要的基础防火设施必须要妥善处理:建筑的防火分隔、建筑的避难层设置、安全出口的设置。而钢结构建筑的构件在火灾中如若遭到破坏，则会严重影响到人员的安全。为此，我国规定了各类建筑结构构件的安全等级。耐火等级定得偏高，则施工的成本加大，造成不必要的浪费;定得偏低，则消防安全会受影响。因此，要合理确定钢结构建筑物的耐火等级。

2、设计时要做到以人为本

对于钢结构建筑物，无论其设计的多么完善，在发生火灾时还会出现意想不到的问题，因而，在这种百密一疏的情况下，必须要充分考虑到人员的疏散问题，做到以人为本。在设计人员疏散时，务必要将钢结构建筑的特点和人员密度指标综合起来考虑。在此基础上，务必加强对安全疏散路线、疏散宽度和疏散距离的设计要求。一旦发生火灾，在钢结构构件达到耐火安全极限的时间里，能够有效的疏散建筑物中的人员，使人们安全脱离火灾，避免群死群伤火灾事故的发生。当然，除了发生火灾时人员的安全疏散，在平时也必须切实制定好消防安全管理制度，要适时检查火灾自动报警系统和自动化灭火装置是否完好有效，消防监督检查是否到位，切不可因一时大意疏忽酿成悲剧。

3、钢结构防火涂料施工质量技术对策

钢材在升温初始阶段，弹性、塑性变化不大，但在250℃左右时钢材抗拉强度提高而冲击韧性下降，这种现象叫蓝脆现象（表面氧化膜呈现蓝色）。当温度超过300℃以后，屈服点和极限强度显著下降，达到600℃时强度比原来下降了2/3左右。温度上升至500℃时，屈服强度下降到常温的一半时，构件发生塑性形变而破坏，到600℃时强度几乎为零，建筑在纵向压力和横向应力作用下，钢结构就会扭曲变形，垮塌毁坏。钢结构采用防火涂料保护后，钢材导热性能降低、温升速度减慢，火灾时能形成耐火隔热保护层，耐火极限增大，从而保护钢结构建筑在火灾中，在防火设计规定的时间内不垮塌。目前，钢结构防火涂料按涂层厚度可分为三类：H类为厚涂型钢结构防火涂料，涂层厚度一般为8～50mm，粒状表面，密度较小，导热率低，耐火极限为30～180min；B类为薄涂型钢结构防火涂料，涂层厚度一般为3～7mm，有一定的装饰效果，高温时膨胀形成耐火隔热保护层，耐火极限一般为30～120min；CB类为超薄型钢结构防火涂料，涂层在3mm以下，具有良好的装饰效果，高温时膨胀形成耐火隔热保护层，一般应用在耐火极限要求在30～90min的钢结构构件。因此，涂刷钢结构防火涂料可以增强钢结构抗火灾能力，防火涂料的质量和施工质量十分关键，施工中的主要质量对策如下：防火涂料产品质量要求：用于保护钢结构的防火涂料应是符合公安部消防产品市场准入规则，并经国家法定检验机构的耐火极限和理化性能检测合格的产品，用户、施工单位和工程监理应检查其产品的生产资质是否符合消防产品市场准入规则要求，钢结构防火涂料产品的包装和铭牌标志是否有涂料品种名称、技术性能、生产批号、贮存期限和使用说明等。防火涂料中的底层和面层涂料是否相互配套，底漆是否锈蚀钢材。同时，对在同一工程中，每使用100t薄型钢结构防火涂料应抽样检测一次粘结强度；每使用500t厚涂型钢结构防火涂料应抽样检测一次粘结强度和抗压强度，以确保施涂于钢结构上的防火涂料产品质量性能符合标准和工程设计要求。

防火涂料、底漆的选用要符合标准规范要求：防火涂料的选用要严格遵守《钢结构防火涂料应用技术规范》的规定执行。根据钢结构耐火极限要求选用不同的防火涂料：耐火极限≤1h时，可选用超薄型或薄型防火涂料；耐火极限≤2.5h时，可选用薄型或厚型防火涂料：耐火极限＞2.5h时，应选用厚型防火涂料。底漆的选用。防火涂料在火场中保证防火性能的一个重要前提是在火灾中膨胀体不能脱落，这除了与防火涂料配方有关外，与底漆的选择也密切相关。目前国内在钢结构上使用的底漆大多数是醇酸防锈漆，一般地说单独使用醇酸调和漆防锈，其寿命不超过3年。防火涂料涂层有一定的透湿性，所以醇酸调和漆做底漆不能保证防火涂料牢固附着长达15年以上，而且可能一旦发生火灾，醇酸调和漆在温度达到200℃左右时，即防火涂层刚刚形成隔热膨胀体时，就会因醇酸调和漆软化而脱落，从而丧失防火性能。如90min耐火极限的涂料，因为底漆选用了醇酸调和漆，导致耐火极限小于30min即发生脱落。实验证明，选用环氧树脂为成膜剂，以氧化锌或磷酸锌为填料的底漆较好。

4、钢结构条件下的建筑防火策略

钢结构条件下的建筑防火有着重大意义。第一，钢结构的防火保护目的是尽可能的延长钢结构达到临界温度的时间，以争取一切的时间救人;第二，避免钢结构在整体结构坍塌时造成人员伤亡;第三，减少钢结构在火灾后的修复成本，使得修复周期缩短，减少造成的直接和间接经济损失。主要有如下几种方法。

（1）截流法

截流法主要包括三种具体方法:

a喷涂法，即是利用喷涂机直接将防火涂料喷在构件表面，以形成保护层来隔断火源。这种方法的适用范围相当广泛，可以适用于任何构件。

b包覆法，即在构件的外层覆盖浇筑混凝土或者耐火砖，将钢构件完全封闭，从而避免与火焰直接接触，从而延长温度的上升时间，保护钢结构建筑。这种方法施工简单，但是会影响建筑物美观，并且要求具有一定的空间。

c屏蔽法，即把钢结构包藏在耐火材料组成的墙体或者吊顶内，火灾时同样延缓了升温时间，并且这种方法能够增加室内的美观。需要注意的是，在做吊顶和墙体时一定要注意接缝和空洞。一旦出现要及时封闭，以免发生火灾时火苗窜入，引起钢构件受损。

（2）疏导法

截流法的目的是设法将钢构件与外界火源隔离。而疏导法的原理截然不同，其允许热量传到构件上，然后设法将热量从其他地方传递出去或者消耗掉。这样也可以达到使构件温度不高于临界温度的目的，从而保护钢结构。疏导法目前主要是冷却水保护这一方法。具体操作是:在建筑的空心封闭截面中注水，发生火灾时能够使得钢构件把吸收火场里的温度可以及时传递给水，同时依靠水的蒸发和水的循环将热量导出去。这样构件的温度则会最多维持在100℃左右。其实，从理论上来讲，这是保护钢结构最为有效的办法。在发生火灾时，系统相当于盛满了水的加热容器，像开水炉一样工作。根据水的比热和汽化热比较大，发生火灾时构件吸收的热量会源源不断的被消耗和排出去。需要注意的是，要保障有充足的水源和足够的水位。当然，冷却水的供给可以由高位水箱或者地下水，甚至是消防车来补给，水蒸气则由排气口排出。当水柱的位置过高时，可以将冷却水系统分为多个循环系统来冷却，以防止柱底的温度过高。同时，为了防止管柱的锈蚀和水的结冰，还可以向其中定期加入阻锈剂和防冻剂等。

结束语

在钢结构工业厂房设计的过程中，我们不仅要对钢结构厂房强度、耐久性等方面性能进行严格的要求，还要充分的体现出钢结构厂房的防火安全性能，从而有效的提高工业厂房结构的稳定性和可靠性。

浅谈钢结构防火材料的应用:钢结构防火涂料的现状和发展探讨

摘 要：文章综述了钢结构防火涂料的现状、发展、机理、分类，结合工作实际评述了新产品在建筑中的实际应用，并展望了钢结构防火涂料发展趋势。

关键词：钢结构；防火涂料

随着我国建筑业的不断发展，建筑构造的形式也日新月异，其中，钢结构建筑以其自身强度高、质量轻，并有良好的延伸性能、抗震性能并且具备施工周期短等特点，在建筑业得到了广泛应用，尤其在高层建筑以及大跨度建筑等方面显示出了强大的影响力。据统计，世界上在100 m以上的高层建筑中钢结构建筑占了总数的约79%。近年来，随着相关技术的完善，钢结构建筑技术在我国也得到了长足地应用。在我国高层建筑中钢结构建筑占了37%，多数是近几年建设起来的。随着我国各地城镇化速度的稳步推进，钢结构技术在我国建筑领域中将拥有更加广阔的远景。但由于其自身的缺陷让钢结构建筑出现了很多的瑕疵，建筑的质量安全与消防安全对钢结构建筑影响是最大的，如何处理好这两方面的问题是最急需要考虑的问题。

1 火灾中钢结构建筑所暴露出来的问题

钢结构建筑虽然自身是不燃烧体，但因其耐火性能差，在实际火场的高温下，其强度、弹性系数等都会明显降低，当温度达到600℃时，钢材就会完全丧失其强度和硬度。

①钢结构内的夹芯材料防火性能不佳。钢结构厂房多用夹芯的彩钢板做墙体和分隔材料，而该芯材多是聚氨脂泡沫、聚苯乙烯等易燃或可燃材料填充，且燃烧时会产生有毒气体，易造成人员伤亡，2013年消防局已经正式下文杜绝使用此类易燃有毒的彩钢板。

②钢结构因自身的抗火性能很差，受热极易垮塌，不利于消防官兵进行火灾扑救和人员物质的疏散。无保护的钢结构屋架，耐火极限只有15 min，同时，所造成的钢结构倒塌将严重影响火灾扑救，消防官兵无法进入建筑内部实施扑救，无法直接扑灭着火点。

2 对钢结构的强化以及对裸露结点的保护

在火场中，使钢结构失去稳定性的温度约为500℃，在我们常见的火场温度有800～1 000℃，此时，裸露结点会很快出现变形和坍塌，这就要求对容易起火、火灾负荷大的部位应进行强化，如可适当加密钢柱的间距，从而提升隔墙的防火承载能力。同时，也应采用喷涂防火涂料对裸露的结点进行保护。

3 钢结构防火涂料的历程

防火涂料是建筑材料中的重要成员。自防火涂料配方被研制出来，防火涂料不断向前发展，效能也得到了及大的提升，后来又出现了膨胀型防火涂料。我国防火涂料的历程，较发达国家晚5～10 a，但现在的发展速度已经有迎头赶上的架势了。不论品种类型、性能效果还是适用标准上看，已经接近国际领先水平。

4 防火涂料的机理

防火涂料的机理可归纳为以下五点：

①本身为不燃材料，使被保护的材料不直接充分地与空气接触，延缓被保护材料着火并减缓燃烧速度。

②具有导热系数低的特点，可以阻止燃烧时高温向被保护材料的传递时间和速度。

③氮系防火涂料受热分解出NO、NH3等氮化产物，和有机游离基化合，阻断连锁反应，抑制燃烧。

④受热分解会产生惰性气体，充斥在了被保护材料受热分解出的可燃气体周边，使之燃烧速度减缓。

⑤膨胀型防火涂料受到高温后膨胀发泡，同泡沫灭火机理形成泡沫隔热层将被保护材料覆盖，延迟热量向被保护材料的传递，抑制物体着火燃烧。

5 按成分的分类

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

②膨胀型防火涂料又划分为乳液膨胀型防火涂料、溶剂膨胀型防火涂料和膨胀无毒型防火涂料。

③乳液膨胀型防火涂料和溶剂膨胀型防火涂料主要用于常规建筑物上。

④膨胀无毒型防火涂料主要用于保护电绝缘管、聚乙烯管道上。

6 按效果分类

6.1 厚型

厚型钢结构防火涂料是指涂层厚度在7～50 mm的涂料，此类防火涂料的耐火极限之多可达到3 h。高温中涂层表面不发生膨胀，依靠不燃、低导热和吸热性，大幅延缓了钢结构的升温。与其他涂料相比，除开具有水溶型防火涂料的部分特点之外，因为其从自身的基质到添加剂均为无机物，所以成本低廉。然而由于其成分采用无机材料，其防火性能较稳定，纵使长期使用其性能也能保证，但其涂料成分的粒质过大，导致其外观会有凹凸不平的现象，影响了钢结构建筑的整体外观视觉，因此此类型多用于隐蔽的工程。实际中，多层工业或民用建筑、高层民用建筑的钢柱中支承柱的耐火极限要求达到3 h，此时要达到耐火标准采用此类厚型防火涂料进行保护为最佳选择。

6.2 薄型

薄型钢结构防火涂料是指涂层厚度在3～7 mm的涂料，此类涂料受火时会发生膨胀发泡现象，其机理也是以膨胀发泡形成耐火隔热的泡沫层，借此来延缓被保护钢材的升温，其耐火极限在2 h以内。对此类防火涂料，所选用的水基型的混合物必须对钢结构基材具备较好的附着力、耐水性和耐久性。其视觉美观效果比厚型防火涂料强，但差于超薄型钢结构防火涂料。

6.3 超薄型

超薄型钢结构防火涂料是指涂层厚度不超过3 mm的涂料，此类防火涂料遇到高温也是发生膨胀发泡现象，其形成的致密防火隔热泡沫层，使耐火极限一般控制在2 h左右，也是近几年发展起来的新新品种。与之前所述的厚型与薄型钢结构防火涂料相比，超薄型钢结构防火涂料的附着力更强，涂层更薄，视觉美观性也好。在满足消防规范的同时也能满足视觉美观性的要求，尤其针对有大量裸露结点的钢结构建筑中，此类涂料更是备受好评的涂料。于此同时，由于此类防火涂料涂层需要敷设的表面很薄，使得对材料的需求大幅减少，从而降低了涂料的成本费用，于此同时还能让钢结构建筑的防火保护达到消防规范要求，性能效果很好，势必成为今后行业发展的趋势。

6.4 矿物棉型

矿物棉型防火涂料是继厚型防火涂料之后的进一步升级材料，其与厚型防火涂料所采用的珍珠岩系列和氯氧镁水泥珍珠岩系列涂料相比，其矿物纤维基料对涂层强度起到了增强作用，起到防火、隔热和吸音的效果。实际应用中，已广泛使用的是快干型矿物棉型防火涂料，在施工条件有限的工地使用时，具备了降低施工难度、降低成本和降低干燥时间等多项优点。

7 结合工程实际展望新技术

在笔者于2013年7月验收的荆溪镇小城镇规划建设展示馆项目中，建设方就采用了武汉武立涂料有限公司出品的室内薄型钢结构防火涂料来处理该建筑的耐火性能，经公安部消防产品合格评定中心抽检，由国家防火建筑材料质量监督检验中心出具的检验报告显示，该NB室内薄型钢结构防火涂料在涂层厚度4.7 mm时，耐火性能试验时间为3.0 h，符合规定的耐火时间要求，其余各项技术指标均合格。该NCB室内超薄型钢结构防火涂料在涂层厚度2.00 mm（含防锈漆厚度0.04 mm）时，耐火性能试验时间为2.1 h，符合规定的耐火时间要求，其余各项技术指标均合格。从而满足了规范要求的钢柱3 h，钢梁2 h的要求。

由此得知，国内已经出现了耐火性能达到或超过3 h的薄型钢结构防火涂料新品种，它主要是以特殊结构的丙烯酸乳液作为基料粘合剂，附以高聚合度聚磷酸铵、季戊四醇（95%含量）、三聚氰胺（一等品）等为防火阻燃体系，添加钛白粉、膨胀石墨等无机耐火材料，以200#溶剂油为溶剂复合而成。各种轻钢结构、网架等已经可以采用该类型防火涂料进行防火保护。由于该类防火涂料涂层薄，使得使用量较厚型防火涂料大大减少，从而降低了工程费用，又使钢结构得到了有效的防火保护，防火效果很好。

随着对环境保护要求的不断提高，防火涂料的环保性能也提上了发展日程，向着低污染、高性能的方向提升。水基型防火涂料由于安全无毒、对环境影响小，成为今后发展的重要方向。其中，又以无机型防火涂料具备的不燃性、耐高温性，即使高温作用也不会产生有害气体的优良因素，让其在防火涂料发展中越来越受到重视。如硅酸盐膨胀型防火涂料，就是用梯次发泡的原理，让低温发泡层与高温发泡层的融合，解决了火场高温中钢结构前期导热升温快和后期涂层融化的问题。另外，采用膨胀型和非膨胀型防火涂料相结合的方法也是重要的研究方向，即涂料的配方中既有膨胀型的材料，又含有较多耐火基料的成分，再加入高熔点的无机纤维材料等，使防火涂层在火场高温的作用下形成膨胀率很低的高强度碳素表面，确保表面能够长时间在火场中迎火而不会造成脱落。

8 结 语

总之，随着我国建筑业的蓬勃发展，钢结构基材作为一种相当好的建筑材料，其应用也将越来越广泛。钢结构建筑广泛应用后的消防安全问题，直接关系着广大人民群众人生和财产的安全。然而钢结构建筑在耐火性能上存在着先天不足，为了创造出更好的消防安全环境，我们着手大力发展新型防火涂料是非常重要的和刻不容缓的。新的钢结构防火涂料产品的不断问世和深入发展，也促进着消防事业的发展，在保护国家和人民群众的生命财产安全中发挥了其重大作用。

浅谈钢结构防火材料的应用:浅谈石油化工企业钢结构防火设计

摘要:探讨石油化上装置钢结构防火设计的特点，钢结构防火材料的设计选用，钢结构防火规范的理解和钢结构防火设计思考等问题。

关键词:石油化上装置:钢结构:防火

0引言

在大型石化装置的结构设计中，钢结构以其强度高、自重轻、加强改造处理灵活，组装制造方便，施工周期短等优点而被设计人员大量的采用。据笔者初步估算，在近年来的中石化、中石油的项目建设中，钢结构框架、排架等占到结构型式的一半以上，特别是高层的化工装置框架、钢结构，往往以其较好的变形性能、优越的抗震效果而被设计人员作为设计方案的首选。

1判断结构是否适合用钢结构

钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构。直观的说: 大厦、体育馆、歌剧院、大桥、电视塔、仓棚、工厂、住宅和临时建筑等。这是和钢结构自身的特点相一致的。在石油化工企业中钢结构常用于冷换框架、反应器框架、管架、厂房、泵棚、楼梯间等。2 结构选型与结构布置在钢结构设计的整个过程中都应该被强调的是“概念设计”, 它在结构选型与布置阶段尤其重要。对一些难以作出精确理性分析或规范未规定的问题, 可依据从整体结构体系与分体系之间的力学关系、破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的设计思想, 从全局的角度来确定控制结构的布置及细部措施。运用概念设计可以在早期迅速、有效地进行构思、比较与选择。所得结构方案往往易于手算、概念清晰、定性正确, 并可避免结构分析阶段不必要的繁琐运算。同时, 它也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。钢结构通常有框架、平面架、网架(壳) 、索膜、轻钢、塔桅等结构型式。在石油化工企业中常见的结构形式有: 钢框架主要用于支承冷却器、换热器、卧式容器、空气冷却器等化工设备; 钢排架用于支承管道、电缆仪表槽盒等；门式钢架用于大型压缩机厂房、泵棚等。

结构选型时, 应考虑它们不同的特点。在轻钢工业厂房中,当有较大悬挂荷载或移动荷载, 就可考虑放弃门式刚架而采用网架。基本雪压大的地区,屋面曲线应有利于积雪滑落(切线 50°内需考虑雪载)，降雨量大的地区相似考虑。建筑允许时,在框架中布置支撑会比简单的节点刚接的框架有更好的经济性。结构的布置要根据体系特征,荷载分布情况及性质等综合考虑。一般的说要刚度均匀、力学模型清晰, 尽可能限制大荷载或移动荷载的影响范围, 使其以最直接的线路传递到基础。柱间抗侧支撑的分布应均匀, 其形心要尽量靠近侧向力(风震)的作用线, 否则应考虑结构的扭转, 结构的抗侧应有多道防线。比如有支撑框架结构, 柱子至少应能单独承受 1/4 的总水平力。框架结构的楼层平面次梁的布置, 有时可以调整其荷载传递方向以满足不同的要求。通常为了减小截面沿短向布置次梁, 但是这会使主梁截面加大, 减少了楼层净高,顶层边柱也有时会吃不消, 此时把次梁支撑在较短的主梁上可以牺牲次梁保住主梁和柱子。梁保住主梁和柱子。

2钢结构的耐火特性

钢结构虽然具有重量轻、空间大、施工快、便于改造等优点, 但钢材与其他材料一样, 也会受到火灾带来的不利影响。与混凝土相比, 钢材的耐火性能差。钢材虽不燃烧, 但在火灾高温作用下, 其力学性能、钢材的强度在 0~250℃范围内基本无变化, 只是在达到 300℃以上强度开始下降,500℃时强度只是原来的一半,600℃时是原来强度的六分之一到七分之一, 强度几乎丧失殆尽, 也就是钢材的耐火极限在 15min 左右。根据一些实验资料, 结构用钢当温度低于300℃时, 强度增加而塑性降低;当温度高于 300℃时, 强度降低而塑性增加。钢材的导热系数约为混凝土的 40 倍, 当构件表面受热时, 热量会很快传到其内部; 加之由于钢构件由单一材料组成, 温度分布均匀, 截面形状呈薄壁状, 受火面积大, 在火灾中升温快, 我国《钢结构设计规范》规定: 当钢结构表面长期受辐射热达到 150℃以上或在短期内可能遭到火焰作用时, 应采取有效防护措施, 以保证有效期内安全可靠。

3钢构件的防火保护方法

3.1 隔热法

用耐火材料把构件包裹起来。包裹材料有混凝土、轻质耐火混凝土或钢丝网膜耐火砂浆等, 其优点是取材方便, 价格低廉, 表面强度高, 耐冲击, 对施工技术要求不高, 但比较笨重。

3.2阻热法

原理是截断或阻滞火灾产生的热量向构件传输, 从而使构件在规定的时间内温升不超过临界温度。其做法是在构件表面设置一层保温材料, 火灾产生的高温首先传给这些保温材料, 再由保温材料传给构件。由于所选保温材料导热系数均较小, 所以必然能阻滞热流向构件的传输, 起到保护作用。

3.3导热法

就是在空心封闭截面中( 主要是柱) 充水, 火灾时构件把吸收的热量传给水, 依靠水的蒸发消耗热量或通过循环把热量导走, 构件的温度可维持在 100℃左右。使构架温度不至于升高到临界温度, 从而起到保护作用。这种方法在实际生产中很难行得通, 也不适用于室外钢构架。

3.4喷涂法

用喷涂器具将防火涂料直接喷涂在构件表面, 火灾时能形成耐火保护层, 目前大型石化厂构架采用的方法主要有两种。厚涂型防火涂料( H 类) 涂层厚度介于8-50mm, 该类涂料密度较小, 导热率低, 以涂料本身的隔热性能来提高钢梁的耐火极限, 耐火极限可达 0.5-3h。薄涂型防火涂料( B 类) 涂层厚度为 7mm 以下, 该类涂料具有一定的装饰性能, 以涂层遇高温时膨胀发泡所形成的耐火隔热来提高钢梁的耐火极限。它的耐火极限可达 0.5-2h。因此薄涂型一般适用于室内钢结构。而石化企业火灾属于烃类火,烃类火灾与建筑火灾的主要区别是升温曲线不同, 建筑火灾 30min 火焰温度达到 700~800℃, 而烃类火灾升温速度快,10min 温度达到 1000℃。

因此薄涂型防火涂料虽然涂层薄质量轻, 但这类涂料耐火极限很低, 在室外使用有老化问题、在潮湿环境下膨胀的可靠性问题以及树脂分解后产生浓烟及有害气体等原因。防火涂料的一般要求原料应预先检验, 不得使用石棉材料和苯类溶剂。防火涂料可使用喷涂、抹涂、辊涂、刮涂或刷涂等方法中的一种或多种方法施工, 并能在通常的自然环境条件下干燥固化。防火涂料应呈碱性或偏碱性。覆层涂料应相互配套, 底层涂料应能同普通防锈漆配合使用。涂层干后不应有刺激性气味, 燃烧时一般不产生浓烟和有害人体健康的气味。

4设计思考的一些问题

由于石化装置防火设计中，对应于不同构件设计不同的涂层厚度在实际操作中不可行，所以根据本公式对整个装置的钢结构型号的选用上，可以通过分析比较选取适于防火的截面形式。目前在石油化工防火设计中，基本是以上述的标准构件耐火试验为基础的。实际上，基于计算的现代设计分析方法已经开始发展运用，CECS200:2006《建筑钢结构防火技术规范》以火灾高温下钢结构的承载力极限状态为基础，根据概率极限状态设计法的原则，做了抗火设计分析验算方法的推荐，对于普通的结构构件可进行一般抗火计算，对于一些特别重要的结构宜进行整体抗火计算。由于石油化工企业的火灾绝大多数是烃类火灾，标准火灾(即建筑火灾)与烃类火灾的主要区别是升温曲线不同，标准火灾的升温曲线，在30分钟时的火焰温度约700}8000C;而烃类火灾的升温曲线，在10分钟时的火焰温度便达到10000C。所以，是否在石化装置设计中进行抗火计算，需要设计师基于设计方案、建筑物的特点及重要性、技术实现手段、工程造价等因素进行分析判断。

5总结

随着我国经济的不断发展，新材料的研制开发，石油化工钢结构防火设计中需要考虑安全风险、工程造价、材料性能、施工方便等综合因素，运用先进的计算手段，选取简单、易行、优化的设计方案。