现代钢结构厂房的防火管理

现代钢结构厂房的防火管理

钢结构厂房由于具有许多优点，在现代工业厂房中大量采用，但钢结构耐火性能差，极易导致火灾。本文作者对钢结构厂房的防火措施从三个方面进行阐述。首先是对钢构件自身进行耐火保护，使其在火灾升温时不快速超过临界温度，规定时间内保证稳定性;其次可对工业厂房内部设置有效的防火分区，防止火势向其他区域蔓延、扩散;三是在顶部结合采光、通风设置有效排出建筑内高温烟气的自然排烟窗，可以有效地增强钢结构的耐火极限。

标签： 钢结构厂房;防火;管理

前言：

钢结构厂房具有造型美观、现代感强、造价低、建设周期短、机械化程度高、安装施工简便、平面布局灵活易改造，同时钢材在常温下具有质量轻、强度高，抗震性能好等诸多优点，所以在现代工业厂房中被大量采用。但钢材也有一个致命的缺点耐火性差。钢材虽然不燃烧却极易传导热量，在火灾中未加保护的钢结构只需15分钟，自身温度就会上升到540度以上，致使构件本身扭曲变形，导致建筑物坍塌毁坏，变形后的钢结构也无法修复使用。

因此，对钢结构厂房必须采取防火措施。方法一是对钢构件进行耐火保护，使其在火灾时温度升高不超过临界温度，结构在火灾中就能保护稳定性或者延缓升温的速度，延长升温的时间，为消防灭火争取时间;方法二是对厂房内部进行有效的防火分隔，防止火势向其他区域蔓延、扩散。不过对于现代钢结构厂房的大跨度、大空间来说，防火分区的设置具有一定难度。方法三是在顶部结合采光、通风设置有效排出建筑内高温烟气的自然排烟窗，可以有效地增强钢结构的耐火极限。

1、钢结构厂房的抗火灾能力

钢结构厂房以钢柱、网架为主要支撑方式，因而钢结构的耐火极限决定了厂房的抗火灾能力。根据《钢结构设计规范》（GB50017-2003），钢结构厂房主要采用碳素结构钢和低合金高强度结构钢作为柱、梁材料。通常，当内部温度升高到500度左右时，钢构件的屈服强度会下降到常温时的大约50%，而弹性模量会下降到常温时的60%左右。温度在600度左右时，材料的屈服应力及极限应力一般均降至常温下钢材屈服应力及极限应力的1/3以下，此时的钢结构已经破坏。因此，在缺少表面防火保护的情况下，钢结构材料的整体抗火灾能力较差。在火灾中，火场温度通常会达到800～1200度，在这样的环境下，具有较高导热性能的钢结构会在较短时间内达到临界温度并彻底丧失承载能力并导致建筑的坍塌。根据实验结果和相关建筑设计标准，采用裸钢作为柱、梁的耐火极限仅为0.25h。

研究发现，不同连接约束方式和不同的载荷设计，对钢结构在高温情况下的受力变形会产生一定影响[1]。而钢结构柱梁所接触墙体的材料及其温度特性同

样会影响钢材内部的温升和材料强度变化[2]。然而，提高钢结构厂房耐火能力的有效途径仍然是在柱、梁表面增加保护层和防火涂层[3]。影响钢结构厂房抗火灾能力的另外一个重要因素是墙体材料。在钢结构厂房中，常常采用夹芯板作为间隔墙和外墙，并以具有较高保温性能的聚苯乙烯、聚氨酯和岩棉作为主要充填材料。其中，聚苯乙烯和聚氨酯材料的耐火性能较差，火灾时会因受热而发生燃烧，因而会增大建筑的火灾负荷，并在火灾发生时加快钢结构的温升和降低建筑的抗火灾能力。而岩棉夹芯板的耐火性能较高，100mm厚度夹芯板的耐火极限可以达到1h，能够满足耐火等级为一级的非承重墙使用要求。所以，在耐火等级要求较高的钢结构建筑中，应当采用岩棉夹芯板或其他耐火墙体材料[4]

2、钢结构厂房的耐火保护

就是在钢结构上喷涂防火涂料以提高其耐火极限。防火涂料法就是在钢结构上喷涂防火涂料以提高其耐火极限。防火涂料的防火原理有3个：1）涂层对钢基材起屏蔽作用，使钢结构不至于直接暴露在火焰高温中。2）涂层吸热后，部分物质分解放出的水蒸汽或其他不燃气体，起到消耗热量、降低火焰温度和燃烧速度、稀释氧气的作用。3）涂层本身多孔轻质和受热后形成碳化泡沫层，阻止了热量迅速向钢基材传递，推迟了钢基材强度的降低，从而提高了钢结构的耐火极限。

就目前而言，我们国家的钢结构防火涂料主要分为薄涂型和厚涂型两类。薄型涂层厚度通常在7mm以下，在火灾时能吸热膨胀发泡，形成泡沫状炭化隔热层，阻止热量向钢结构传递，这样可以延缓钢结构温度的提升，起到防火作用，厚型涂层厚度为8-50mm，涂层受热不发泡。还有一种是发泡防火漆法。它是由成膜剂、阻燃剂、发泡剂等多种材料制造而成的一种阻燃涂料。防火漆干燥后，漆膜本身是不易燃烧的，所以在遇到火灾时，它具有一定的防火性能。或者，工厂也可以采用外包防火层法，就是在钢结构外表添加外包层，可以现浇成型，也可以采用喷涂法。现浇成型的实体混凝土外包层通常用钢丝网或钢筋来加强，以限制收缩裂缝，并保证外壳的强度。喷涂法可以在施工现场对钢结构表面喷涂石灰水泥或是石膏砂浆以形成保护层，也可以掺人珍珠岩或石棉。

3、钢结构厂房的防火分区

在建筑物内划分防火分区，一旦发生火灾时，能有效地把火势控制在一定的范围内，减少火灾损失，同时也为厂房内人员的安全疏散、消防扑救提供有利条件。主要包括防火墙、防火带、独立水幕。首先是防火墙，防火墙将厂房分隔开来控制火势蔓延，在民用建筑中，它是常用的办法。但在工业厂房中，因为厂房空间被分割后可能对厂房的通透性和使用率造成一定的影响，而且从生产工艺的连续性要求上，以及厂房内物流组织等，可能会有一定的影响。其次是防火带。就是在厂房中划出一段区域，将这个区域内的构件全部改用不燃性材料，并使防火带一侧的烟火不会流窜至另一侧，从而起到寻火分隔、阻挡的作用。再就是独立水幕，水幕可以起防火墙的作用，用独立水幕作防火分隔;是一个非常好的方案;防火水幕带宜采用喷雾型喷头，也可采用雨淋式水幕喷头。

目前的大多數钢结构工业厂房大多采用防火涂料法和独立水幕法。但是各种方法各有利弊，厂房在设计建筑钢结构日寸，还需要结合生产及过程中产生的各种危险性因素，来确定具体使用哪种防火措施，同时，工厂相关人员也要与负责该区域的消防部门多沟通、多联系，以便在专业人员的指导下，设置相宜的消防设施，防止火灾事故的发生，最大限度地保障工厂人员和财产的安全。

4、迅速排烟，降低火场温度

火灾时，由于室内可燃物不断燃烧，产生了大量的烟气和热，同时也使周围空气不断受热膨胀，燃烧变得越来越旺，如果室内有通向外部的开口（如门和窗），则当烟气层的厚度低于开口的上沿高度时，烟气便可由此流到室外。开口便起着向外排烟的作用。在建筑火灾的发展过程中，烟气的排放相当重要，烟气排放速率的大小决定着烟气层高度的变化情况。当排放速率大于烟气的产生速率时，烟气层的高度会逐渐升高，最终保持在对人没有威胁的高度。在建筑防排烟工程中，常用的三种方式是：自然排烟、机械加压送风防烟和机械排烟。自然排烟和机械排烟是控制烟气下降的常用方法，在实际应用中多采用前者，与机械排烟相比自然排烟有其自身的优点。一是无大的动力设备，运行维修费用也少，且平时可兼作换气用;二是在顶棚开设排烟口，自然排烟效果好。

5、总结

总之，在现代工业厂房中大量采用钢结构，目前钢结构工业厂房的耐火保护和防火分区存在各方法，我们仍需在工作中不断探索和研究，以便更好为钢结构厂房在建筑内部制订必要的应急方案，以减少人员伤亡和财产损失。

参考文献：

[1]杨秀萍，张卓，郝淑英等.火灾下三维钢框架结构响应的数值模拟[J].天津理工学院学报，2004，20（3）：5～8

[2]李明菲，李国强，王银志.墙板对火灾下钢柱截面温度分布的影响[J].建筑钢结构进展，2004，6（3）：45～50