引言: 

2010年11月15日14時(shí)，上海余姚路膠州路一棟高層公寓起火。據(jù)附近居民介紹，公寓內(nèi)住著不少退休教師，起火點(diǎn)位于10-12層之間，整棟樓都被大火包圍著，樓內(nèi)還有不少居民沒(méi)有撤離。大火導(dǎo)致58人遇難，另有70余人正在接受治療。事故原因已初步查明，是由無(wú)證電焊工違章操作引起的，施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)管理混亂，存在明顯搶工行為；事故現(xiàn)場(chǎng)違規(guī)使用大量尼龍網(wǎng)、聚氨酯泡沫等易燃材料；以及有關(guān)部門(mén)安全監(jiān)管不力等問(wèn)題。

2009年2月9日晚21時(shí)許，在建的央視新臺(tái)址園區(qū)文化中心發(fā)生特大火災(zāi)事故，大火持續(xù)六小時(shí)，火災(zāi)由煙花引起。在救援過(guò)程中消防隊(duì)員張建勇?tīng)奚?名消防隊(duì)員和2名施工人員受傷。建筑物過(guò)火、過(guò)煙面積21333平方米，其中過(guò)火面積8490平方米，造成直接經(jīng)濟(jì)損失16383萬(wàn)元。

還有很多這樣的案例，對(duì)于火災(zāi)，根據(jù)國(guó)標(biāo)《消防基本術(shù)語(yǔ)》可以定義為在時(shí)間和空間上失去控制的燃燒所造成的災(zāi)害。隨著我國(guó)越來(lái)越多的高層、超高層建筑和大空間、大跨度建筑出現(xiàn)在人們的視野，對(duì)于這些建筑特別像央視“過(guò)火樓”這種外形怪異的高層建筑，一般都是鋼結(jié)構(gòu)建筑或部分采用鋼結(jié)構(gòu)。因?yàn)榛炷两Y(jié)構(gòu)重量太大，而鋼結(jié)構(gòu)由于自重比較輕可以做的很高很大。盡管鋼結(jié)構(gòu)具備這些比較輕、建造快、現(xiàn)場(chǎng)施工量小的優(yōu)點(diǎn)，但是除了造價(jià)高外，它還有個(gè)致命的弱點(diǎn)那就是怕火——雖然鋼材本身并不燃燒，但普通鋼材在600攝氏度的環(huán)境下，強(qiáng)度就和面條差不多。

一旦大火燒過(guò)，鋼結(jié)構(gòu)往往嚴(yán)重受損。如果救火時(shí)澆水，對(duì)其破壞將更加嚴(yán)重。鋼結(jié)構(gòu)高層建筑即使發(fā)生不大的火災(zāi)，技術(shù)上也必須拆除才能保證安全。因此，如何進(jìn)一步完善和充實(shí)現(xiàn)有建筑防火規(guī)范中的相關(guān)設(shè)計(jì)要求、改進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)的耐火設(shè)計(jì)方法、合理確定建筑的火災(zāi)安全度，科學(xué)、經(jīng)濟(jì)地保障鋼結(jié)構(gòu)建筑的火災(zāi)安全和保護(hù)建筑內(nèi)的人員生命與財(cái)產(chǎn)，便是我們所要研究的方向。

一、鋼結(jié)構(gòu)建筑的特點(diǎn)

1、鋼材本身的特點(diǎn)

l.1材料的強(qiáng)度高，塑性和韌性好

鋼材和其它建筑材料諸如混凝土、磚石和木材相比．強(qiáng)度要高得多。因此，特別適用于跨度大或荷載很大的構(gòu)件和結(jié)構(gòu)。鋼材還具塑性和韌性好的特點(diǎn)：塑性好，結(jié)構(gòu)在一般條件下不會(huì)因超載而突然斷裂；韌性好，結(jié)構(gòu)對(duì)動(dòng)力荷載的適應(yīng)性強(qiáng)。良好的吸能性和延性還使鋼結(jié)構(gòu)具有優(yōu)越的抗震性能。另一方面，由于鋼材的強(qiáng)度高，做成的構(gòu)件截面小而壁薄，受壓時(shí)需要滿足穩(wěn)定的要求，強(qiáng)度有時(shí)不能充分發(fā)揮。

1.2材質(zhì)均勻，與力學(xué)計(jì)算的假定比較符合

鋼材內(nèi)部組織比較接近于勻質(zhì)和各向同性，而且在一定的應(yīng)力幅度內(nèi)幾乎是完全彈性的。因此，鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況和工程力學(xué)計(jì)算結(jié)果比較符合。鋼材在冶煉和軋制過(guò)程中質(zhì)量可以得到嚴(yán)格控制，材質(zhì)波動(dòng)的范圍小。

1.3鋼材的重量輕

鋼材的強(qiáng)度比混凝土等建筑材料大的同時(shí)，鋼材也比鋼筋、混凝土輕。原因足鋼材的強(qiáng)度與密度之比要比混凝上大得多。以同樣的跨度承受同樣荷載，鋼屋架的重量最多不超過(guò)鋼筋混凝土屋架的13至14。

2.鋼結(jié)構(gòu)建筑的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1設(shè)計(jì)制造周期短，設(shè)計(jì)生產(chǎn)一體化

現(xiàn)代結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)借助于計(jì)算機(jī)和專業(yè)化結(jié)構(gòu)分析軟件，使得設(shè)計(jì)

周期大大縮短，設(shè)計(jì)中的修改和調(diào)整非常方便。同時(shí)，由于鋼結(jié)構(gòu)具

有工廠預(yù)制、現(xiàn)場(chǎng)安裝的特點(diǎn)，可以將前期設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)手段相

結(jié)合，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)和數(shù)控機(jī)床結(jié)合，使設(shè)計(jì)人員在工作室中完成

設(shè)計(jì)后，即由工廠的生產(chǎn)線完成產(chǎn)品制作，具有極高的效率和精確

度，可以大大減少項(xiàng)目建設(shè)周期。

2.2有利合理布置功能區(qū)間

在居住建筑中，建筑師和居民一直希望能夠有大跨的無(wú)豎向結(jié)構(gòu)的空間，這樣，可以根據(jù)需求進(jìn)行靈活隔斷，使室內(nèi)布置呈多樣化。傳統(tǒng)住宅由于所用材料的性質(zhì)，限制了空間布置的自由。鋼結(jié)構(gòu)住宅可以利用鋼材強(qiáng)度高的特點(diǎn)，采用大開(kāi)間柱網(wǎng)布置，使建筑平面分隔靈活，可以利用非承重墻體靈活分隔室內(nèi)空間，形成開(kāi)放式住宅。同時(shí)，利用鋼結(jié)構(gòu)連接簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，在垂直平面內(nèi)比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)能更好地應(yīng)用錯(cuò)層、躍層結(jié)構(gòu)。由于鋼結(jié)構(gòu)住宅的構(gòu)件截面尺寸小，可以增加使用面積，提高得房率。下圖以梅山苑二期為例，從圖中可見(jiàn)柱截面很小：
2.3承載強(qiáng)度高，抗震性能好

相同的荷載，鋼結(jié)構(gòu)截面最小，相同的截面，鋼結(jié)構(gòu)承載力最大。在抗震設(shè)防區(qū)，由于鋼結(jié)構(gòu)重量輕，六層輕鋼住宅的重量?jī)H相當(dāng)于四層磚混結(jié)構(gòu)的重量，因此，本身所受的地震作用小;而且，鋼材具有高延性，有較好的耗能能力，因此，抗震性能好，結(jié)構(gòu)安全度高。

2.4施工優(yōu)勢(shì)突出，綜合造價(jià)低

現(xiàn)澆混凝土需要連續(xù)施工，在我國(guó)北方地區(qū)受到施工季節(jié)的影響。鋼結(jié)構(gòu)的大部分構(gòu)件在工廠生產(chǎn)，運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)焊接或螺栓進(jìn)行整體組裝，可全天候作業(yè)。施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)量小，減少了施工臨時(shí)用地，對(duì)周?chē)h(huán)境污染小，提高了施工的機(jī)械化水平。施工時(shí)可以節(jié)省支模、拆模的材料，由此降低成本，大大加快施工速度。資金價(jià)值在施工中充分體現(xiàn)，減少資金成本，對(duì)開(kāi)發(fā)商的銷(xiāo)售和資金回籠極為有鋼結(jié)構(gòu)承載力高，可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的大開(kāi)間布置，構(gòu)件截面小，自重比較輕，地基的處理比較容易，可以采用天然基礎(chǔ)型式。由于基礎(chǔ)在工程造價(jià)中占有比重比較大，上部結(jié)構(gòu)重量輕可以降低基礎(chǔ)的造價(jià)，從而減少整個(gè)項(xiàng)目的投資。

2.5符合節(jié)約型社會(huì)建設(shè)的要求:鋼結(jié)構(gòu)適宜工廠大批量生產(chǎn)，工業(yè)化、商品化程度高。它能將節(jié)能、防水、隔熱、門(mén)窗等先進(jìn)的成品集合在一起，實(shí)現(xiàn)綜合成套應(yīng)用，將設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、安裝一體化，提高住宅的產(chǎn)業(yè)化水平。今后隨著城市建設(shè)的發(fā)展，城市改造需要拆除大量的舊建筑，鋼結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的拆除更容易實(shí)施，鋼材回收利用率高、拆除成本低、污染較小，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。當(dāng)然，鋼結(jié)構(gòu)也有一些缺點(diǎn)，如防火能力差、易銹蝕等。但這些問(wèn)題隨著科技的發(fā)展，設(shè)計(jì)的改進(jìn)，先進(jìn)的防火材料、

防銹涂料及新型耐火耐候鋼的出現(xiàn)將得到很好的解決。

二、鋼結(jié)構(gòu)建筑防火的研究與發(fā)展

1、鋼結(jié)構(gòu)防火的研究歷史

1.1國(guó)內(nèi)外對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能與耐火承載力計(jì)算方法進(jìn)行過(guò)大量研究

在國(guó)外從20世紀(jì)60年代開(kāi)始對(duì)鋼管混凝土柱、壓型鋼板-混凝土組合板、鋼-混凝土組合梁在火災(zāi)下的力學(xué)性能進(jìn)行了大量理論分析和試驗(yàn)研究。我國(guó)從20世紀(jì)90年代開(kāi)始對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的耐火設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，如原哈爾濱建筑大學(xué)。福州大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、公安部天津消防科學(xué)研究所和清華大學(xué)等單位對(duì)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件平面鋼框架結(jié)構(gòu)的耐火性能進(jìn)行了一系列研究，提出相關(guān)耐火承載力和保護(hù)層厚度的計(jì)算方法。

在國(guó)內(nèi)外多年的研究下，如今對(duì)于鋼材和鋼結(jié)構(gòu)在高溫下的強(qiáng)度、彈性模量及全過(guò)程曲線等；高溫下鋼材的熱導(dǎo)率、比熱、容重及膨脹系數(shù)等；高溫環(huán)境中的破壞特征、不同構(gòu)件形狀或尺寸變化特征；構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的耐火極限及全過(guò)程分析；構(gòu)件和結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度場(chǎng)的研究與分析計(jì)算；以及關(guān)于耐火保護(hù)層計(jì)算都形成了較為系統(tǒng)的理論。

在火災(zāi)下單個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的失效并不意味著整體結(jié)構(gòu)的破壞。鋼結(jié)構(gòu)在局部構(gòu)件發(fā)生破壞后仍將因結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布而具有一定承載力。另外，目前所采用的標(biāo)準(zhǔn)溫升曲線受火條件只考慮了建筑內(nèi)以纖維火災(zāi)為主的火災(zāi)發(fā)展過(guò)程，未考慮實(shí)際的火災(zāi)荷載、通風(fēng)條件等因素，其結(jié)果與實(shí)際狀況有較大差異。因此，如何采用計(jì)算機(jī)模型模擬真實(shí)的建筑火災(zāi)，并基于不同火災(zāi)條件下整體結(jié)構(gòu)對(duì)火反應(yīng)分析的結(jié)構(gòu)耐火設(shè)計(jì)，是鋼結(jié)構(gòu)耐火研究的熱點(diǎn)之一。

而在建筑防火規(guī)范中進(jìn)行基于建筑火災(zāi)安全性能化設(shè)計(jì)的規(guī)定，則是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外消防安全工程領(lǐng)域內(nèi)的重點(diǎn)課題，也是建筑防火規(guī)范的發(fā)展方向。所謂建筑的火災(zāi)安全性能化設(shè)計(jì)是區(qū)別于現(xiàn)行以處方式規(guī)范規(guī)定為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)的一種利用消防安全工程學(xué)等原理、以預(yù)定消防安全水平為目標(biāo)的消防工程設(shè)計(jì)方法，可視為是對(duì)現(xiàn)行規(guī)格式規(guī)范進(jìn)行等效定量的一種方法，也可視為是完全脫離規(guī)格式要求而制定的性能指標(biāo)。

設(shè)計(jì)人員按照設(shè)計(jì)對(duì)象的特性，按規(guī)范要求，采用規(guī)格式規(guī)范或以性能為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)和評(píng)估方法來(lái)完成認(rèn)為可接受或能夠取得最低規(guī)定安全水平的設(shè)計(jì)。該方法包括：(1)建立消防安全總目標(biāo)和子目標(biāo)：(2)對(duì)火災(zāi)場(chǎng)景進(jìn)行定性分析和概率分析；O)N用己被接受的工程應(yīng)用工具、方法和性能判定標(biāo)準(zhǔn)，按照消防安全總目標(biāo)和子目標(biāo)對(duì)設(shè)計(jì)替代方案進(jìn)行量化與評(píng)估。

1．2．1．2鋼結(jié)構(gòu)耐火設(shè)計(jì)方法研究的發(fā)展?fàn)顩r

隨著人們對(duì)結(jié)構(gòu)耐火認(rèn)識(shí)的深入和結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)的耐火設(shè)計(jì)方法也得到不斷發(fā)展。主要分以下幾個(gè)階段：

l、基于試驗(yàn)的構(gòu)件耐火設(shè)計(jì)方法：通過(guò)在規(guī)定荷載分布與各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的火災(zāi)時(shí)間一溫度曲線條件下對(duì)不同類型的構(gòu)件進(jìn)行大量耐火試驗(yàn)，取得試驗(yàn)數(shù)據(jù)并確定在采取不同防火措施后構(gòu)件的耐火時(shí)間，以此作為建筑防火設(shè)計(jì)的依據(jù)。這種方法簡(jiǎn)單直觀、應(yīng)用方便，但難以考慮并模擬荷載的分布和大小、構(gòu)件端部約束條件、實(shí)際受火條件等因素。在現(xiàn)行建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范的附錄中給出的數(shù)據(jù)，均依賴此方法。

2、基于計(jì)算的構(gòu)件耐火設(shè)計(jì)方法：在考慮了荷載的分布和大小、構(gòu)件端部約束條件等因素以后應(yīng)用經(jīng)典解析方法或有限元等數(shù)值方法，通過(guò)理論計(jì)算來(lái)確定構(gòu)件的耐火極限。目前這種方法己被英國(guó)、澳大利亞、歐洲共同體等國(guó)家的設(shè)計(jì)規(guī)范采用。但這種方法的受火條件仍是以IS0834的標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線為基礎(chǔ)。上述方法所取得的構(gòu)件耐火極限狀態(tài)不能表征整個(gè)結(jié)構(gòu)的耐火極限狀態(tài)，且試驗(yàn)費(fèi)用較高，試驗(yàn)的受火條件及計(jì)算假設(shè)均與實(shí)際火災(zāi)有較大差異。因此，只有將整體結(jié)構(gòu)的全過(guò)程對(duì)火反應(yīng)分析作為結(jié)構(gòu)耐火設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，并按實(shí)際火災(zāi)場(chǎng)景的溫度變化進(jìn)行受火研究分析，才可能與真實(shí)狀態(tài)接近。

3、基于計(jì)算的結(jié)構(gòu)耐火設(shè)計(jì)方法：結(jié)構(gòu)作為一個(gè)整體承受荷載，單個(gè)構(gòu)件的破壞并不意味著整個(gè)結(jié)構(gòu)破壞。相反由于結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力重分布，結(jié)構(gòu)仍具有一定的承載力。因此，結(jié)構(gòu)的耐火設(shè)計(jì)方法與實(shí)際狀況更接近更合理。法國(guó)已采用此方法。英國(guó)也正在制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，如BS9999(草稿)。

4、考慮火災(zāi)隨機(jī)性的結(jié)構(gòu)耐火設(shè)計(jì)方法：這種方法以概率可靠度為指標(biāo)，考慮了火災(zāi)及空氣升溫的隨機(jī)性。此法先確定不同典型場(chǎng)所的火災(zāi)荷載及其分布、火災(zāi)場(chǎng)景，再采用性能化方法進(jìn)行計(jì)算，是各國(guó)目前正在積極研究的以性能為基礎(chǔ)的安全評(píng)估技術(shù)和建筑消防安全性能化設(shè)計(jì)的一部分。目前我國(guó)對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火能力確定方法為按常規(guī)方法完成設(shè)計(jì)的鋼結(jié)構(gòu)，進(jìn)行耐火能力的驗(yàn)算，確定滿足防火規(guī)范規(guī)定的相應(yīng)耐火要求。

這種方法大致還處于第二階段，即：根據(jù)構(gòu)件常溫下的力學(xué)性能，設(shè)計(jì)荷載下構(gòu)件應(yīng)力狀態(tài)及構(gòu)件的邊界條件，確定其臨界溫度；依據(jù)結(jié)構(gòu)用鋼材及混凝上的熱力學(xué)性能和熱工性能、截面的幾何形狀、熱傳導(dǎo)方式、保護(hù)層厚度等，根據(jù)按《建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法》GB／T9978規(guī)定的火災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間一溫度曲線受火條件下鋼構(gòu)件的耐火能力計(jì)算方法，確定構(gòu)件在高溫作用下的耐火極限和極限承載力；最后驗(yàn)算在規(guī)定的耐火時(shí)間內(nèi)，構(gòu)件所達(dá)到的溫度最大值是否不大于其臨界溫度，或者與建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范規(guī)定的有關(guān)構(gòu)件的耐火極限進(jìn)行比較，確定最終的鋼結(jié)構(gòu)保護(hù)設(shè)計(jì)。此方法可用圖1．1的設(shè)計(jì)流程圖表示。

1．2．13結(jié)構(gòu)耐火試驗(yàn)研究

在70年代，我國(guó)為了制定相關(guān)建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)單一構(gòu)件的耐火性能開(kāi)展了大規(guī)模的試驗(yàn)研究，取得了一批數(shù)據(jù)．并作為結(jié)構(gòu)耐火設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。自80年代以來(lái)，公安部天津和四川消防科學(xué)研究所、同濟(jì)大學(xué)、哈爾濱建筑大學(xué)等單位對(duì)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件及其保護(hù)的耐火性能進(jìn)行了研究，并對(duì)結(jié)構(gòu)整體的耐火性能開(kāi)展過(guò)小規(guī)模的試驗(yàn)研究。

國(guó)外對(duì)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件和鋼，混凝土混合結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行過(guò)較多研究。日本在80年代初，曾對(duì)一系列鋼框架模型利用電爐加熱方法進(jìn)行過(guò)火災(zāi)試驗(yàn)。90年代前后，法國(guó)等對(duì)鋼結(jié)構(gòu)整體耐火性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，英國(guó)建筑研究所03RE)I鋼結(jié)構(gòu)學(xué)會(huì)(SCI)，愛(ài)丁堡大學(xué)等在Cardington對(duì)整體鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了足尺實(shí)體火災(zāi)試驗(yàn)，取得了一批研究成果。1．2．2鋼結(jié)構(gòu)的防火保護(hù)研究結(jié)束鋼結(jié)構(gòu)的防火保護(hù)主要有外包敷隔熱屏蔽方法、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)和充水冷卻保護(hù)三種方式。國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究主要集中在外包敷隔熱屏蔽方法方面。

1、國(guó)外在上世紀(jì)70年代對(duì)鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的研究和應(yīng)用開(kāi)展了積極的工作并取得了許多實(shí)用成果。而采用防火板等方式保護(hù)則早在80年前就已開(kāi)始應(yīng)用。40年代美國(guó)研制出硅酸鈣保溫絕熱材料，90年代，丹麥和德國(guó)研制出工作溫度高達(dá)1100℃的無(wú)巖棉硅酸鈣絕熱材料。

2、在我國(guó)，公安部天津和四川消防科學(xué)研究所、中國(guó)建筑科學(xué)研究院等單位自20世紀(jì)80年代以來(lái)，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的防火保護(hù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，取縟了大量成果。在防火涂料研究方面，1985年研制出LG鋼結(jié)構(gòu)防火隔熱涂料，1987年研制出薄型LB鋼結(jié)構(gòu)膨脹防火涂料，1994年研制出SWH室外鋼結(jié)構(gòu)防火隔熱涂料和SWB室外鋼結(jié)構(gòu)膨脹防火涂料，19％年研制出LF和CB超薄型鋼結(jié)構(gòu)膨脹防火涂料。此外，我國(guó)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)防火涂料耐候性、耐久性方面也開(kāi)展過(guò)一些研究。在防火涂料研制出來(lái)以前，我國(guó)建造的鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火保護(hù)主要采用蛭石混凝土板、珍珠巖板、石棉水泥板和石膏板等防火保護(hù)板材。隨著人們對(duì)人身健康和環(huán)境問(wèn)題的日益重視，近10年來(lái)，采用無(wú)石棉的硅酸石結(jié)構(gòu)型防火板對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)是新的發(fā)展方向。

在采用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)保護(hù)方面，主要是針對(duì)大空間或大跨度的屋架部分。對(duì)于空心鋼結(jié)構(gòu)，也有采用在火災(zāi)時(shí)在其內(nèi)部充入循環(huán)水進(jìn)行冷卻保護(hù)。

三、鋼結(jié)構(gòu)高溫下的結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的性能變化

1、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在火災(zāi)條件下的破壞機(jī)理

火災(zāi)發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的熱量是以輻射和對(duì)流傳給結(jié)構(gòu)構(gòu)件的，即使構(gòu)件是不燃的，由于溫度上升也會(huì)引起膨脹和強(qiáng)度的降低。熱膨脹引起構(gòu)件伸長(zhǎng)，或兩側(cè)受熱不均時(shí)引起構(gòu)件彎曲，產(chǎn)生位移或約束力，在剛性框架結(jié)構(gòu)中，由于橫梁伸長(zhǎng)而產(chǎn)生的約束增大，可能把柱子從其承載處推開(kāi)，使結(jié)構(gòu)受到破壞，引起垮塌。   鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在溫度升高時(shí)，強(qiáng)度會(huì)降低。

對(duì)建筑用鋼而言，在260℃以前其強(qiáng)度不降低；260℃-280℃開(kāi)始下降，達(dá)到400"C時(shí)屈服現(xiàn)象消失、強(qiáng)度明顯降低；達(dá)到450℃-500℃時(shí)，鋼材內(nèi)部再結(jié)晶使強(qiáng)度急速下降；至550℃時(shí)，其強(qiáng)度將損失40％；至700℃時(shí)基本失去承載力。與此同時(shí)，在較低溫度時(shí)蠕變也會(huì)發(fā)生，但只有在高于0.3Tt(以絕對(duì)溫度表示的金屬熔點(diǎn))時(shí)才比較明顯，對(duì)于碳素鋼，該溫度約為300℃-350℃；溫度越高，蠕變?cè)矫黠@。因此，高溫時(shí)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力狀態(tài)十分不利，防火設(shè)計(jì)是鋼結(jié)構(gòu)建筑必須充分考慮的關(guān)鍵。

四、鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火設(shè)計(jì)(民用建筑+工業(yè)建筑)

1、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的被動(dòng)耐火保護(hù)

所謂鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的被動(dòng)耐火保護(hù)就是一種在火災(zāi)中不依靠降低火災(zāi)的燃燒熱釋放率或抑制火災(zāi)增長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)不受高溫或火焰嚴(yán)重影響的防火保護(hù)方法。它只憑所采取的措施自身的熱特性，將結(jié)構(gòu)構(gòu)件與高溫?zé)煔饣蚧鹧娓綦x或吸收構(gòu)件所接受的熱量，使構(gòu)件在火災(zāi)作用下仍能發(fā)揮其預(yù)定功能。一般采用不燃的熱惰性材料或熱導(dǎo)率小且遇熱能自行膨脹或炭化的涂敷材料直接包敷在鋼結(jié)構(gòu)外面或在火災(zāi)時(shí)充入循環(huán)水冷卻保護(hù)

直接包敷保護(hù)法是在鋼結(jié)構(gòu)表面或外圍直接施用防火材料，如砌筑磚石、澆筑混凝土、抹灰、噴涂防火涂料或包敷防火板等將裸露的鋼構(gòu)件包封或覆蓋起來(lái)，達(dá)到提高鋼結(jié)構(gòu)耐火能力的目的。

(1)在鍋結(jié)構(gòu)構(gòu)件四周澆筑混凝十或砌筑耐火磚，如上海外灘的浦發(fā)銀行(原匯豐銀行)，浦東世界金融大廈、上海信息大廈。這種方法比較可靠，但較適合于鑰柞的保護(hù)。對(duì)于梁等其他構(gòu)件。施-El：l：較麻煩且自重大；對(duì)于初期升溫很快的火災(zāi)也不太適用。這種保護(hù)方法在高溫作用F易發(fā)生崩裂現(xiàn)象。

(2)采用硅酸鈣板、蠔石板、珍珠巖板、石棉水泥板、石膏板等耐火輕質(zhì)板材包覆，如上海希爾頓賓館、新錦江飯店，其中蜓石板的最高使用溫度為850℃，石膏板的最高使用溫度600℃，纖維增強(qiáng)普通硅酸鈣板的使用溫度為650℃～950℃。其中纖維增強(qiáng)普通硅酸鈣板在日本高層建筑中的總用量己達(dá)防火材料總量的lO％。90年代中期德國(guó)和丹麥研制的無(wú)石棉純硬硅鈣石絕熱板和公安部四川消防科學(xué)研究所研制的GF新型鋼結(jié)構(gòu)防火板的最高使用溫度均可達(dá)1 l 00"C。蛙石板和珍珠巖板客重小，但使用最高溫度只有650"C～850℃，很難達(dá)到鋼結(jié)構(gòu)耐火保護(hù)的目的。防火板包敷屏蔽保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有施工方便、成本低、干法施T和耐久、施工質(zhì)量易控制等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)鋼柱、鋼粱和樓板均適用，在建筑鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)中有較大發(fā)展?jié)摿Α４送?，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料熱容高、燒透時(shí)間長(zhǎng)，具有良好的隔熱性能，也是一種較好的耐火包敷材料。這種保護(hù)方法可靠、在國(guó)

外應(yīng)用比較普遍，且有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，如英國(guó)、歐盟、日本和美國(guó)等，但在我國(guó)應(yīng)用還不普遍。這種方法對(duì)節(jié)點(diǎn)處理的要求較高。

(3)噴涂鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，如上海金沙江飯店、世界廣場(chǎng)、上海和北京的國(guó)際貿(mào)易中心大廈。應(yīng)用防火涂料來(lái)增加鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能是一種比較傳統(tǒng)的方法。膨脹犁涂料暴露在高溫下，其膨脹體積可以達(dá)到50倍，有的甚至高達(dá)200倍。這樣形成的保護(hù)層能有教地阻止熱量被傳導(dǎo)到鋼材上。常用阻燃劑的分解溫度大部分低于300℃，能夠滿足鋼結(jié)構(gòu)保護(hù)的需要。

(4)在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部充水保護(hù)法。這種方式依靠火災(zāi)時(shí)向鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部充入循環(huán)水進(jìn)行降溫冷卻，達(dá)到保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)的目的。它需要一套完善的火災(zāi)報(bào)警聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)和足夠的水源與供水系統(tǒng)，效果良好，但成本較高、火災(zāi)時(shí)增加結(jié)構(gòu)自重、且結(jié)構(gòu)內(nèi)部需作耐水腐蝕處理。這種方法國(guó)內(nèi)外均試驗(yàn)不多。

總之。在選用鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件耐火保護(hù)材料時(shí)，除需要考慮材料的耐火性能外，還要考慮材料的耐久性，耐候性、耐腐蝕性、抗反復(fù)荷載性能以及高溫穩(wěn)定性等，使其既能滿足功能要求，又其有一定的經(jīng)濟(jì)效果。

1．2鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的主動(dòng)防火保護(hù)

鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的豐動(dòng)防火保護(hù)是一種采用建筑內(nèi)的主動(dòng)消防措施，如采取排煙、自動(dòng)滅火系統(tǒng)，排除室內(nèi)熱量，抑制火災(zāi)增長(zhǎng)和滅火，在火災(zāi)發(fā)生后從根本上消除高溫和火焰對(duì)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的威脅，以實(shí)現(xiàn)保護(hù)鋼結(jié)構(gòu)的方法。與被動(dòng)耐火保護(hù)相比，它是一種更積極的保護(hù)方式。建筑室內(nèi)火災(zāi)的發(fā)展都有其規(guī)律和發(fā)展過(guò)程，見(jiàn)蒔述。只要在火災(zāi)過(guò)程中能及時(shí)排除積聚在室內(nèi)的熱量，降低其燃燒熱釋放率．就能防止轟燃的發(fā)生。實(shí)踐證明，在建筑物內(nèi)設(shè)置自動(dòng)滅火設(shè)施．能有放地抑制火災(zāi)的蔓延擴(kuò)66科技資訊SCIENCE＆TECHNOLOGY INFORMATION大或撲滅初期火。這樣可以降低室內(nèi)溫度，使建筑結(jié)構(gòu)得到保護(hù)，并為人員疏散創(chuàng)造良好的

條件與環(huán)境。因此，當(dāng)根據(jù)場(chǎng)所內(nèi)的可燃物性質(zhì)和可能的火災(zāi)規(guī)模，結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)和建筑的性質(zhì)與功能，選用相適用的自動(dòng)滅火設(shè)施，能夠撲滅該場(chǎng)所內(nèi)的初期火而不致使火災(zāi)擴(kuò)大或蔓延時(shí)，就可以適當(dāng)降低對(duì)鋼結(jié)構(gòu)耐火性能的要求。但應(yīng)注意，鋼結(jié)構(gòu)的耐火保護(hù)是對(duì)整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)體系而言的，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)間的傳熱與內(nèi)力分布影響。此外，建筑物內(nèi)設(shè)置的滅火設(shè)施是否能在火災(zāi)時(shí)發(fā)揮作用，除應(yīng)按照規(guī)范和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求選用合格產(chǎn)品、保證安裝質(zhì)量外，還與日常是否有良好的維護(hù)與運(yùn)行密切相關(guān)。

五、鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)的意義

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和現(xiàn)代化大型聯(lián)合生產(chǎn)、大空間建筑和高層建筑的建設(shè)需要，10多年來(lái)，鋼結(jié)構(gòu)在我國(guó)建筑中得到了空前的發(fā)展與應(yīng)用，被廣泛用于廠房、倉(cāng)庫(kù)、會(huì)展中心、賓館、綜合樓、體育館、展覽館、候機(jī)樓等各類大跨度建筑、重型結(jié)構(gòu)和高層建筑。如深圳賽格廣場(chǎng)和地王大廈，北京國(guó)際貿(mào)易中心、京廣中心和中國(guó)工商銀行總行、廣州好世界大廈、上海證券大廈、浦東機(jī)場(chǎng)和北京首都機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓等。在工業(yè)廠房和倉(cāng)庫(kù)中更是比比皆是。但在建成的鋼結(jié)構(gòu)或鋼一混凝土混合結(jié)構(gòu)建筑中發(fā)生火災(zāi)的案例已有不少，如1969年12月上海文化廣場(chǎng)火災(zāi)后不到20min就使8600m2的鋼屋架全部垮塌，1996年昆山市某輕鋼結(jié)構(gòu)廠房火災(zāi)造成4320m2的廠房倒塌。1998年北京豐臺(tái)玉泉營(yíng)家具城火災(zāi)造成該建筑整體垮塌。2001年山東威海某醫(yī)用高分子制品公司輸液器生產(chǎn)車(chē)間發(fā)生火災(zāi)．過(guò)火面積10600m2，鋼屋架呈波浪狀塌陷，外墻扭曲變形、向內(nèi)傾斜，車(chē)間聚苯乙烯夾芯彩鋼板隔墻全部倒塌，損失1000多萬(wàn)元。1999年3月山東東營(yíng)市一大型商場(chǎng)發(fā)生火災(zāi)。該商場(chǎng)主樓四層，局部五層，五層屋架為鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其中三層、四層和五層大部分過(guò)火．面積達(dá)7000m2，造成五樓鋼結(jié)構(gòu)屋架倒塌，并將四樓、三樓樓板擊穿，直接財(cái)產(chǎn)損失500余萬(wàn)元。

此外，天津市人民體育館、長(zhǎng)春卷煙廠、北京友誼賓館劇場(chǎng)、江油電廠俱樂(lè)部、廣州某紡織廠成品倉(cāng)庫(kù)、北京國(guó)際貿(mào)易中心、馬鞍山市體育館動(dòng)力機(jī)房等都曾發(fā)生火災(zāi)，有的出現(xiàn)不同程度的垮塌。任何材料構(gòu)造的建筑在設(shè)計(jì)時(shí)均應(yīng)根據(jù)其建筑高度、使用性質(zhì)和規(guī)模、體量等考慮其耐火等級(jí)。對(duì)相應(yīng)的建筑構(gòu)件進(jìn)行耐火設(shè)計(jì)。但從上述火災(zāi)事故情況看，大部分是因鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件未采取合適的耐火保護(hù)或構(gòu)件的耐火極限設(shè)計(jì)與實(shí)際建筑內(nèi)的火災(zāi)條件差異較大。此外，其中有些結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火極限是按照現(xiàn)行的有關(guān)國(guó)家建筑設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的，而實(shí)際仍發(fā)生了垮塌。這說(shuō)明現(xiàn)行規(guī)范對(duì)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的防火要求還不甚完善，甚至有些不能很好地滿足實(shí)際耐火需要。但同時(shí)現(xiàn)行的構(gòu)件耐火性能要求在某些情況下又存在偏于保守的傾向。為此，深入研究鋼結(jié)建筑構(gòu)構(gòu)件的耐火設(shè)計(jì)方法，提出合理的預(yù)測(cè)與計(jì)算方法，能為科學(xué)合理地確定鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火時(shí)間，在切實(shí)保證鋼結(jié)構(gòu)的預(yù)定耐火安全水平前提下，盡可能地提高結(jié)構(gòu)耐火保護(hù)的投資效益性能比。因此，本研究在理論和實(shí)際應(yīng)用中都具有十分迫切的現(xiàn)實(shí)意義和社會(huì)與經(jīng)濟(jì)意義。