钢结构抗火性能分析

问泽兴

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摘要：建筑真实火灾发展与建筑结构火灾行为都是复杂的非线性过程，目前采用流体动力学理论及有限元数值方法可模拟建筑真实火灾发展与建筑结构火灾行为，然而，由于建筑火灾自身的复杂性、火灾与结构相互作用的复杂性，以及缺少试验数据的验证，所以数值模拟可能导致错误的模拟结果。对于一些复杂的新型结构或者复杂的大空间结构，数值模拟方法的模拟结果的可靠性与准确性更需要试验结果的验证。

关键词：钢结构；建筑结构设计；工程质量

引言

在建筑施工过程中，钢结构是最常见以及最普遍的建筑结构形式，建筑整体结构设计与钢结构是相辅相成的存在，所以无论是任何一方面出现问题都会影响整体建筑结构的稳定性以及不确定性。所以，钢结构设计是建筑行业工程施工过程中的重中之重，钢结构设计随着建筑行业迅速的发展优点与缺点都日益凸显，相互共生也并存，在建筑工程应用中，这种推进时代发展的大背景下，钢结构出现的问题从科技行业以及国家迅速发展的角度来分析是现如今我们需要重点研究的课题之一，建筑工程钢结构的施工方面的应用问题以及建筑工程质量方面的把控问题，都对我们进一步保证建筑工程质量有着重要的意义。

1钢结构抗火的必要性和目的

我国钢材在建筑中的使用在早期多用于工业厂房，但随着高层建筑甚至超高层建筑的不断兴起，钢结构的不耐火性能必须得到重视。钢材是不燃烧体，但其强度会随着温度的增加逐渐降至正常强度的50%直到钢材强度和刚度完全丧失。钢材的不耐火性十分不利于发生火灾时建筑的安全性，因此当建筑大量采用钢结构时必须保证一定的防火保护措施。钢结构抗火设计的目的不是使得钢材在火灾发生时强度不变化，而是使钢材在火灾作用下能在规定的时间内不发生极限变形状态。火情发生时，火的温度变化和漫延形式都是不确定的，这样结构构件不同部位的温度是不一样的，钢材材料的性能也因变化而改变，对于构件约束处的结构也都有着不同的变形，因此结构的抗火分析过程是十分复杂的。但进行钢结构抗火设计仍具有如下意义:（1）使钢结构构件在发生火灾时的破坏得到减弱，以防止因结构破坏而导致人员疏散困难。（2）防止结构在火情发生时出现整体倒塌破坏而造成生命财产损失。（3）降低钢结构构件在受到火灾破坏后的修护费用及其修护周期。

2钢结构火灾下破坏的原因

2.1火灾下空气升温速度快

建筑屋内通常具有较多的可燃物，遇到明火后，在氧气的助燃下通常会起火，如果不能及时得到控制就会发生火灾。一般建筑火灾(小室火灾)的发展有3个阶段，初期增长阶段、全盛阶段和衰退阶段。火灾初期空气温度较低，燃料燃烧较慢，如果此时没有成功灭火，燃料很快就会发生轰然而进入全盛阶段，图6为典型火灾下空气的温度与燃烧时间的关系。从图6中可以看出，轰燃发生后空气的温度会迅速升高，通常在几分钟内可达1000℃，而此时火势很容易失去控制，给灭火造成极大的困难，国际上一般采用ISO-834标准升温曲线来模拟小室火灾的空气升温。

钢材是热的良导体，火灾下燃料燃烧释放到空气中的热量会迅速通过热传导、对流和辐射的方式传递到钢构件中，从而会引起钢结构的迅速升温。无防火保护的钢构件，通常20min内温度可升到600℃以上。

2．2钢材强度和刚度随温度增加衰减快

常温下钢材具有较高的强度和较大的弹性模量，随着温度的升高，钢材的强度和弹性模量迅速下降。下图为高温下钢材的典型应力-应变关系曲线，随着温度的升高，钢材的抗拉强度明显降低。

3建筑钢结构施工质量控制措施

3.1做好施工前准备工作

建筑钢结构的施工前，由于涉及到的内容比较多，这就要求从多方面进行考虑，将各环节的施工质量都能有效控制。构件的质量控制是比较关键的，要按照具体建筑钢结构的实际施工要求选择适应的构件加以应用，保障基础环节的质量。钢结构的设计需要按照混凝土基础轴线，以及地脚螺栓位置和顶面标高等标准化设计，提高定位的准确度，制定周密构件进场堆放计划。要注重施工人员的安排配置要合理，保障人力资源的作用充分的发挥出来。

3.2施工中要保障规范性

钢结构的施工质量控制，建筑钢结构的实际施工过程中涉及到的环节比较多，这就需要做好质量控制的工作，按照设计的方案要求执行。施工中遇到设计图纸中存在不能实施之处，就要及时和设计人员沟通，找到解决问题的方案。按照施工质量管理的要求，做好施工计划安排工作，要有多样的应急处理方案，保障施工的顺利开展。还要能够合理分配施工人员以及机械设备，将每个施工操作人员的责任明确化。施工中注重相应施工技术的科学应用，其中焊接施工技术的应用以及安装是比较关键的施工环节，在这一施工中，就要保障各钢结构的连接符合标准要求，焊接施工前就要对施工图纸熟悉，保障焊接的牢固性，避免存在裂纹的问题出现。钢结构的使用寿命和耐力强度和焊接因素有着直接的影响，所以焊接施工中就要严格按照操作规范执行。另外，施工当中安装环节的施工也是比较关键的，这就需要在安装构件的时候，能够将焊接柱脚罗欢固定脚架，把螺栓外露的部分通过套板进行固定，通过混凝土浇筑螺栓周边，初凝后把螺栓轴线以及标高复测，保障误差在可控的范围。

3.3钢结构施工后期质量管理

建筑钢结构的实际施工当中，在后期的质量管理方面也是比较关键的，这就要求做好施工安装检查工作，要能够对各个部件构件的安装质量逐一的检查，对焊接的质量以及拼装的质量，按照质量检查的要求落实。对钢结构的强度以及抗震能力和耐用性等内容进行严格控制，只有从这些基础层面得到了强化，才能真正保障钢结构施工的质量。

3.4加强施工人员的管理力度

为保障建筑钢结构的施工质量，就要做好相应施工人员的管理工作。施工技术人员的技术应用规范性，以及具体施工中的操作情况，都需要在现场加强管理。保障施工技术人员的各项操作都能符合标准要求。

3.5预防措施及建议

（1）钢结构构件在加工厂进行防腐和防火的生产线喷涂处理，以减少人为因素的影响，保证喷涂质量。增加防火涂料的厚度及耐火极限检测报告制度。（2）在选择钢结构防火涂料和施工时，有关厂家应提供产品型式认可证书、型式检验报告、产品合格证书、产品使用说明书。（3）施工前应制订专项实施方案，生产单位与定货单位签订的供货合同或发票，当期的检验报告。严格按相关规范要求实施。（4）尽可能选用既能防火又有防腐作用的防火涂料。（5）加强成品保护意识，做到事中检测，严格工序验收制度。钢结构防火涂料验收前，须由具备资质的检测机构对钢结构防火涂料进行检测并出具报告。（6）防火涂料施工验收后，应定期观察涂层的完整性，注意维护管理。发现涂层受损须及时重新涂刷修复。

结束语

钢结构在建筑领域的应用与崛起，与钢结构应用于建筑施工中的优势密不可分。钢结构能够被广泛的应用于建筑工程中，不仅仅是因为其本身的质量较轻，能够用于大型建筑施工中，还因为钢结构具有耐热、韧性塑性好、密封性水密性好，应用效益高等优势，能够满足现代建筑工程施工的要求，因而被建筑施工所广泛应用，然而，由于钢结构工程的施工历程，相较于混凝土结构施工而言较为短暂，因此仍处于发展完善的阶段，需要对钢结构工程加以严格要求，通过一系列的有效措施来控制工程施工质量，从而使钢结构工程的施工更加具有质量保证。

参考文献

[1]李罗,叶鲲.浅析建筑钢结构的防火处理[J].中小企业管理与科技(中旬刊),2015(12):106.

[2]翟传明,杨光,傅本钊.建筑钢结构火灾损伤评估研究综述[J].低温建筑技术,2015,37(03):53-55.

[3]郝存继.钢结构建筑火灾现场勘查方法[J].消防科学与技术,2014,33(07):842-844.