钢结构建筑燃烧中的行为特点

2020-06-22 10:04 钢结构建筑 华邦建设

　　建筑用钢在全负荷的情况下失去静态平衡稳定性的临界温度为540℃左右。钢材的力学性能随温度的不同而变化，当温度升高时,钢材的屈服强度、抗拉强度和弹性模量的总趋势是下降的,但在150℃以下时,变化不大。当温度在250℃左右时,钢材抗拉强度反而有较大提高,但这时的相应率较低、冲击韧性变差,钢材在此温度范围内破坏时常呈脆性破坏特征,称为“蓝脆”。如在“蓝脆”温度范围内进行钢材的机械加工,则易产生裂纹,故应力求避免。当温度超过300℃时,钢材的屈服强度、抗拉强度和弹性模量开始显著下降，而伸长率开始显著增大，钢材产生徐变;当温度超过400℃时,强度和弹性模量都急剧降低;到500℃左右，其强度下降到40%—50%，钢材的力学性能，诸如，屈服点、抗压强度、弹性模量以及荷载能力等都迅速下降，低于钢结构建筑所要求的屈服强度。中国在20世纪90年代初对裸露钢梁的耐火极限进行了验证，确认了I36b、I40b标准工字钢梁的耐火极限分别为15min、16min。因此，若用没有防火保护的普通建筑用钢作为建筑承载的主体，一旦发生火灾，则钢结构建筑会迅速坍塌，对人民的生命和财产安全造成严重的损失。

　　使用等效均匀温度分布方法的截面，在一定间隔时间内，无隔火护层钢构件的上升温度可以按下图公式计算：

　　当无保护层钢构件的截面系数取150，经过10min钢构件表面温升就达到了416℃,经过15min温升则达到609℃，由此可见，在火灾条件下，钢结构会很快达到其耐火极限。

　　现代建筑物的主要承重构件大都依赖于坚固又轻便的钢材，这些钢材赋予建筑物以宽阔、轻盈、而又不失稳固的建筑风格。钢结构在火的作用下是不会燃烧的，但是钢材在高温火焰的直接灼烧下，强度会随着温度的上升而下降，当到达一个极限临界点时，就会显著地降低强度而失去承载力。这一临界点温度约为550℃，大多数的标准把它定在538℃。因此，在防火保护中，需要几个小时的保护都是要求低于538℃的保护。

　　普通低碳钢当温度在350℃以下时，由于蓝脆现象，极限强度比常温下会有所提高，但是，当超过350℃时，强度就会降低。当温度达到500℃时，强度降低约50%，600℃时强度降低约70%

　　钢材的屈服点也会随着温度的上升而下降，在500℃时降到常温时的50%左右。钢结构就会发生塑性变形而受到破坏。从高温作用来看，钢材在15—20min后即急剧软化，这时整个建筑物会失去稳定面导致崩溃。实际上，由于各种因素的作用，有些钢结构在烈火中一般只有10min支撑能力，随即变形塌落。

　　高温下钢材的伸长率和截面收缩率随着温度升高会增大，即钢材塑性性能增大，这就使钢材会产生变形。钢材在温度和应力的相互作用下，就会发生蠕变，通常低碳钢在300—350℃时就会产生蠕变现象。合金钢产生蠕变的温度在400—450℃。

　　钢材的热导率在常温下为58W/(m.℃)，随着温度上升，热导率会减小。与木材比较，木材的热导率是钢材的1/350，木材燃烧时表面形成炭化层比木材热导率还要低。因此，大断面的木结构比钢结构更加耐烧。钢材的热导率高，在大火中，热量会在钢材内部迅速传递，由火焰直烧处很快地影响到临近的低温部分。

　　钢结构建筑受到大火的作用，很快就会变形坍塌，根本没有灭火的时间，最多只能扑灭余火。

　　火灾后的钢结构失去强度，变形成为麻火状，已经没有使用价值，因此钢结构建筑一旦损坏也就无法修复。

　　只有15min耐火极限的钢结构，远远达不到国家规定的防火规范要求，会很快失去其承载能力。一旦发生这种情况，将对整个建筑物造成灾难性的后果。正因为如此，对钢结构采取有效的保护，使其避免受高温火焰的直接灼烧。从而延缓其坍塌时间，为消防救火提供宝贵的时间就显得十分重要。

　　更多相关钢结构建筑资讯，请点击：www.hb2003.com