体育馆钢结构网架防火保护分析

体育馆钢结构网架防火保护分析

李领川

河北省邯郸市复兴区消防救援大队 056000

摘要：钢结构由于自身优势较为稳定，所以在建筑领域中得到了广泛应用。但是钢结构也存在着致命的弱点，那么就是在一定的高温情况下，钢材强度和力学性能都会急剧下降，在发生火灾的情况下，钢结构会严重破坏。传统的钢结构抗火设计，将实验数据作为基础，但是通过实验的方式无法反映现实情况。本文提出需要相对场景进行分析，做好模拟计算工作，在确定构建承受最大温度的情况下，得出钢架设计具有的应力，通过这种方式才能确定需要防火保护的构件。

关键词：体育馆；钢结构网架；防火保护；防火分析

工业革命整体推进了建筑业的发展，在出现钢铁和水泥之后，人们学会了应用现代材料制造拱形和钢架类建筑。在群众生活水平逐渐提升的情况下，人类生活和日常生产都需要得到更大的空间支持。因此现代空间需要具有弹性空间、多功能等特点，所以钢结构应用越来越广泛。在改革开放之后，我国经济得到了很大的进步，空间结构也因此得到了迅速的发展，在很多经济发达的地区都建立起了会展中心，将其变成商品交易和展览的会所，从而带动地区经济发展。空间结构体系在建筑应用过程中，可以满足使用功能和美学的需求，但是在发生火灾的情况下无法完成防火分离，再加上自身结构相对复杂，很多部分无法通过传统涂料和包裹的方式达到防火效果。目前很多钢结构建筑无法达到防火要求，具有很大的局限性，所以需要通过防火性能优化设计，解决防火性问题。

1. 体育馆钢结构的防火理论研究

在一般的情况下，建筑钢材可以分为普通钢材和混凝土钢材。这两种钢材统称为结构钢材，在防火的角度来讲，钢材自身虽然不属于易燃烧材料，但是实际的防火性能相对较差，刚才的基本力学和变形特征也会受到温度的影响。一般的结构钢材在高温的情况下，性能会发生巨大的改变，力学性能和热工性能都会逐渐减小。和防火设计息息相关的就是热工性能，热工性能具有的主要指标有膨胀系数，密度以及导热系数等。正是由于以上因素的影响，所以在发生火灾时，钢材无法在高温的情况下保持自身状态，承载力和内部结构都会发生很大的改变，在极限温度的情况下，结构也会遭到破坏。所以在钢结构防火设计的过程中，需要对钢性能变化进行考虑对其进行深入研究，在高温的情况下测试出刚才的各项指标，这样才能保证在结构防火设计时具有合理性与准确性。热膨胀系数其实就是在温度逐渐升高时，钢结构内部发生膨胀，热膨胀会对外形造成直接的影响，但是不会产生附加的内力。结构附加内力产生的原因为，温度分布不均匀，所以在分析研究的过程中，一定要对这种情况进行考虑，钢的热膨胀系数会随着温度的改变发生变化，出现的变化不具有规律性，但是在温度达到刚才无法承受的情况下，原有的结构会出现收缩，这种现象对温度反应分析没有任何的影响。

2. 体育馆钢结构网架火灾的温度场和应力分析

（一）不同温度状态下网架结构的应力分析

在对应力变化进行研究的过程中，需要使用到MSGS软件，这个软件中拥有结算计算，优化设计，自动生成以及结构设计等功能，可以使用于多种环境下的结构测试，属于一种非常特殊的计算机辅助设计软件。MSGS软件具有结构模型生成功能，在自动生成网架网壳模型的情况下，可以保证形状与定位的准确性，保证了网架结构的详细设计。通过应用这种软件可以对火场温度进行了解，在温度上升的情况下，用软件技术记录温度载荷，通过编写原始代码的方式构建计算模型，完成了几种温度环境下刚才形态的变化。通过软件分析的方式也能得出合理的钢材保护区域，计算出不同位置发生火灾对网架造成的影响。通过软件分析得出，在温度逐渐升高的情况下，应力也随之增加，钢结构本身屈服强度急剧下降，在这种情况下，需要加强防护保护方案，对温度较低的部分涂抹防火材料，从而降低工程费用。

（二）火灾场景及温度场的确定

一定要对建筑物的结构形式进行确定，找出可燃物体的着火特征以及燃物分布特点，在保证数据具有准确性的情况下，才能确定火源位置以及大小，之后再采用模拟计算的方式分析钢结构的承热力以及力学特征。在温度和烟雾浓度较小的情况下，不会对钢材造成很大的影响，在这种状态下可以不作考虑。主要针对危险性较大的现象进行分析，这样才能得出危险情况下钢价的有效保护方案。钢材是一种导热性较好的材料，在刚才接触到温度时，会在表面平衡分布，所以在应用计算软件对钢材结构应力分析的过程中，需要对横截面积连接方式以及使用的材料进行了解，这样才能得出在温度不同的情况下，钢材的应力和形变情况。钢结构具有的基本功能为承受载荷，在火灾发生的情况下温度随之升高，承载能力将会下降，稳定性和强度也会逐渐变弱。构件的稳定性主要和构件的宽度，横截面积以及长短有着直接的关系，越长越细的构件，则稳定性越差。强度判断需要根据温度以及最大应力进行，所以在强度计算的过程中，需要保证一定温度，才能确保得出的结果，具有准确性。

结束语：

综上所述，由于重量较轻和稳定性好，所以广泛应用在各大空间建筑中，近年来大空间建筑结构在我国得到了蓬勃的发展，因此防火设计也逐渐得到了关注。通过对钢材进行防火保护，可以提升建筑物的抗火灾能力，为建筑物的人员提供良好的安全环境。对于大部分空间结构的建筑而言，首先需要满足功能上的需求，但是在防火保护方面实施相对困难，一般情况下会对材料进行包裹，但是造价相对较高，所以需要合理设置火场研究火灾特征，通过模拟计算的方式，对防火建筑进行保护。由于体育馆的空间相对较大，所以只对网架的最低点进行保护即可。

参考文献：

[1]张洪毅. 关于某体育场钢结构网架的安装技术及质量检测[J]. 文摘版:工程技术(建筑), 2016(6):236-236.

[2]姜帅臣, 牛忠荣, 胡斌,等. 体育馆大跨度空间网架拆撑过程力学分析试验[J]. 工业建筑, 2019, 049(003):141-147.

[3]贾赟, 关重阳. 某体育场钢结构网架安全性检测与评估[J]. 四川建材, 2020, 046(002):209-210,212.

[4]黄达, 邓浩, 邓建荣. 某体育场钢结构网架的施工质量检测鉴定[J]. 广东土木与建筑, 2017, 000(005):40-42.

[5]姚斌, 时虎, 张和平,等. 某机场航站楼钢结构防火保护的性能化分析[C]// 全国结构工程学术会议. 2014.