9.1 火灾对钢结构的危害。
火灾是一种失去控制的燃烧过程，火灾可分为“大自然火灾”和“建筑物火灾”两大类。所谓大自然火灾是指在森林、草场等自然区发生的火灾。而建筑物火灾是指发生于各种人为建造的物体之中的火灾。
事实证明建筑火灾发生的次数最多，损失最大，约占全部火灾的80%左右。
据不完全统计，1980年美国发生火灾300万起，造成直接经济损失62.5亿美元，1989年到1991年三年间，美国因火灾造成的直接经济损失分别为92亿美元、82亿美元和100亿美元，日本为4500亿日元、5200亿日元和7900亿日元。我国20世纪50年代、60年代、70年代、80年代年平均火灾直接经济损失为0.
5亿元、1.5亿元、2.5亿元、3.
2亿元，进入20世纪90年代至今，火灾损失日趋严重。
钢结构作为一种蓬勃发展的结构体系，优点有目共睹，但缺点不容忽视，除耐腐蚀性差外，耐火性差是钢结构的又一大缺点。因此一旦发生火灾，钢结构很容易遭受破坏而倒塌。例如，1967年美国蒙哥马利市的一个饭店发生火灾，钢结构屋顶被烧塌；1970年美国50层的纽约第一**办公大楼发生火灾，楼盖钢梁被烧扭曲10cm左右；1990年英国一幢多层钢结构建筑在施工阶段发生火灾，造成钢柱、钢梁和楼盖钢桁架的严重破坏；我国也有许多因火灾而造成的钢结构事故。
典型实例如下：
1）1993年福建泉州的一座钢结构冷库发生火灾，造成3600m2的库房倒塌。
2）1996年江苏省昆山市的一座轻钢结构厂房发生火灾，4320m2的厂房烧塌。
3）1998年北京某家具城发生火灾，造成该建筑（钢结构）整体倒塌。
4）某歌舞厅平面尺寸为14×30m，长向北面为数个小包间、无窗，南面为大歌厅、有窗，屋盖为正放四角锥网架，2×2m网格，网架高度为1m，焊接空心球节点，钢筋混凝土屋面板，无吊顶。1996年6月，一小包间**，火势迅速蔓延，火焰由南面的窗子走出，从**到灭火约一小时，温度估计到500℃以上。火灾后该网架虽未倒塌，但有70根杆件发生了不同程度的变形。
变形的杆件多集中在网架的四角和中间部位，最严重的是在东北角、西北角和中间部位。最大变形的矢高为12cm（一腹杆），其它的矢高为3—5cm；中部下弦杆变形有的向下，有的向上，还有呈s形的。上弦杆为单槽钢，由9根杆件变形。
有二根斜腹杆与焊接空心球的连接焊缝被拉开1cm。现已对70根变形杆件采用了换杆、包杆和加杆（对上弦）的方法进行了处理。
5）1984年6月，某体育馆正在施工过程中发生了火灾，屋盖为66×90m八边形的两向正交正放网架，火灾范围仅在长跨端头的两个开间，火烧时间约2小时，最高温度达700—800℃，有几根腹杆弯曲变形，其矢高在火直接燃烧部分超过了计算值，最大超过一倍多。这次火灾事故虽然造成了一些损失，但是由于建设、设计和施工单位的重视，灾后对网架结构杆件在高温下及冷却后的机械性能进行了试验研究和鉴定工作，为修复、加固提供了宝贵的经验和依据。
6）1995年某跨度为47m单层球面网壳，在工程将竣工交付使用时，由于焊工在补焊一零件时，引起网壳上已涂刷好的油漆着火。火焰从网壳底部向四周蔓延到半个壳体，由于温度不很高，灭火及时，未造成网壳损害。
7）某体育馆于1993年11月发生了火灾，大火持续了一小时，屋盖网架由于喷涂了防火涂料，网架未发生变形。
尤其值得一提的是，美国纽约世贸中心大楼在2001年9.11事件中轰然倒塌的情景至今记忆犹新，这是历史上火灾给钢结构带来的最大灾难。
表9.1是我国一些钢结构在发生火灾时的倒塌实例。
钢结构火灾倒塌实例表9.1
9.2 钢结构在火灾中的失效分析。
钢材的力学性能对温度变化很敏感。由图9.1可见，当温度升高时，钢材的屈服强度fy、抗拉强度fu和弹性模量e的总趋势是降低的，但在200℃以下时变化不大。
当温度在250℃左右时，钢材的抗拉强度fu反而有较大提高，而塑性和冲击韧性下降，此现象称为“兰脆现象”。当温度超过300℃时，钢材的fy、fu和e开始显著下降，而δ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；达600℃时，fy、fu和e均接近于零，其承载力几乎完全丧失。
因此，我们说钢材耐热不耐火。
图9.1 温度对钢材力学性能的影响。
当发生火灾后，热空气向构件传热主要是辐射、对流，而钢构件内部传热是热传导。随着温度的不断升高，钢材的热物理特性和力学性能发生变化，钢结构的承载能力下降。火灾下钢结构的最终失效是由于构件屈服或屈曲造成的。
钢结构在火灾中失效受到各种因素的影响，例如钢材的种类、规格、荷载水平、温度高低、升温速率、高温蠕变等。对于已建成的承重结构来说，火灾时钢结构的损伤程度还取决于室内温度和火灾持续时间，而火灾温度和作用时间又与此时室内可燃性材料的种类及数量、可燃性材料燃烧的特性、室内的通风情况、墙体及吊顶等的传热特性以及当时气候情况（季节、风的强度、风向等）等因素有关。火灾一般属意外性的突发事件，一旦发生，现场较为混乱，扑救时间的长短也直接影响到钢结构的破坏程度。
9.3 钢结构的防火方法。
钢结构由于耐火性能差，因此为了确保钢结构达到规定的耐火极限要求，必须采取防火保护措施。通常不加保护的钢构件的耐火极限仅为10～20分钟。
9.3.1钢构件的耐火极限的确定。
1．耐火极限的概念。
就钢结构整体的耐火极限而言，定义为：“建筑确定的区域发生火灾，受火灾影响的有关结构构件在标准升温条件下，使整体结构失去稳定性所用的时间，以小时（h）计。”
钢构件的耐火极限定义为：钢构件受标准升温火灾条件下，失去稳定性、完整性或绝热性所用的时间，一般以小时（h）计。
失去稳定性是指结构构件在火灾中丧失承载能力，或达到不适宜继续承载的变形。对于梁和板，不适于继续承载的变形定义为最大挠度超过l/20，其中l为试件的计算跨度。对于柱，不适于继续承载的变形可定义为柱的轴向压缩变形，速度超过3h（mm/min），其中h为柱的受火高度，单位mm计。
失去完整性是指分隔构件（如楼板、门窗、隔墙等）一面受火时，构件出现穿透裂缝或穿火孔隙，使火焰能穿过构件，造成背火面可燃物**燃烧。
失去绝热性是指分隔构件一面受火时，背火面温度达到220℃，可造成背火面可燃物（如纸张、纺织品等）**燃烧。
当进行结构抗火设计时，可将结构构件分为两类，一类为兼作分隔构件的结构构件（如承重墙、楼板），这类构件的耐火极限应由构件失去稳定性或失去完整性或失去绝热性三个条件之一的最小时间确定；另一类为纯结构构件（如梁、柱、屋架等），该类构件的耐火极限则由失去稳定性单一条件确定。
2．耐火极限的确定。
钢结构整体的耐火极限可按该建筑中所有构件的耐火极限的最大值确定。
当确定钢结构构件的耐火极限时，应着重考虑以下因素：
1）建筑的耐火等级。
建筑的耐火等级是建筑防火性能的综合评价或要求。目前我国《建筑设计防火规范》（gbj16-87）将建筑物耐火等级分为。
一、二、三、四级。显然建筑耐火等级越高，构件的耐火极限要求应越高。
2）构件的重要性。
越重要的构件，耐火极限要求应越高。通常来讲，梁比楼板重要，而柱比梁更重要。
3）构件在建筑物中的部位。
例如，高层建筑的下部构件比上部构件更为重要。
目前我国结构构件耐火极限的确定仅考虑（1）、（2）两个因素。见表9.2。
耐火极限的划分是以楼板为基准的。耐火等级为一级的楼板的耐火极限定为1.5h，二级为1.
0h，**为0.5h，四级为0.25h。
确定梁的耐火极限时，考虑梁比楼板耐火极限相应提高，一般提高0.5h。而柱和承重墙比楼板重要，则将它们的耐火极限在梁的基础上进一步提高。
建筑结构构件的燃烧性能和耐火极限表9.2
在此说明表9.2中非燃烧体、难燃烧体和燃烧体的定义：
1）非燃烧体。指受到火烧或高温作用时不**、不燃烧、不炭化的材料。例如，钢材、砼、砖、石等。
2）难燃烧体。指在空气中受到火烧或高温作用时难**，当火源搬走后，燃烧立即停止的材料。例如，经阻燃、难燃处理后的木材、塑料等。
3）燃烧体。指在明火和高温下**，在火源搬走后能继续燃烧的材料。例如，天然木材、竹子等。
9.3.2钢结构的防火方法。
钢结构的防火方法多种多样，通常按照构造形式概括为以下三种。
1）紧贴包裹法（图9.2a）
一般采用防火涂料，紧贴钢结构的外露表面，将钢构件包裹起来。
2）空心包裹法（图9.2b）
一般采用防火板、石膏板、蛭石板、硅酸盖板、珍珠岩板将钢构件包裹起来。
3）实心包裹法图（9.2c）
a）紧贴包裹法 （b）空心包裹法 （c）实心包裹法图。
图9.2 钢构件的防火方法。
一般采用砼，将钢结构浇注在其中。
就目前应用情况来分，钢结构防火方法的选择是以构件的耐火极限要求为依据，并且防火涂料是最为流行的做法，下一节做详细阐述。
9.4 钢结构防火涂料的相关知识。
防火涂料在我国众多的涂料品种中属于特种涂料的范畴。该种涂料在工程中主要用来阻止火焰传播、保护承载构件和减少火灾损失，是建筑防火的重要材料。它主要有以下两个作用：
当涂覆于可燃基材上时，除起到与普通装饰涂料相同的装饰、防腐及延长被保护材料的使用寿命外，遇到火焰或热辐射时，防火涂料迅速发生物理、化学变化隔绝热量，阻止火焰传播蔓延，起到阻燃作用；当涂覆于构件表面除具有防锈、耐酸碱、烟雾作用外，遇火时隔绝热量，降低构件表面温度，起到耐火作用。
防火涂料的防火机理已被国内有关专家确认，归纳为如下几点：
1．防火涂料本身具有难燃或不燃性，使被保护的可燃性基材不直接与空气接触，从而延迟基材着火燃烧。
2．防火涂料遇火受热分解出不燃的惰性气体，冲淡被保护基材受热分解的易燃气体和空气中的氧气，抑制燃烧。
火灾事故应急预案
中山富拉司 业 第二工厂。中国华西企业 二o一二年十月。目录 1 工程概况2 2 安全生产目标2 3 安全生产目标目的和适用范围3 3.1目的3 3.2适用范围3 4.定义3 5.引用文件3 6.责任4 7.实施细则4 7.1 总部火灾事故应急预案4 7.1.1火灾事故应急指挥部4 7.1.2 火灾...
火灾事故应急演练总结
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