机场航站楼钢结构防火保护范围研究

陈宇　胡曾艳　彭劲松

摘 要：为研究机场航站楼钢结构防火保护的范围，结合国内现有的调查分析结果，利用相关的计算方法计算出我国机场防火的安全范围。当前，国际上研究对机场航站楼钢材机构保护的计算方法一般都采用有限元分析法、动力学与传热学的分析方法以及相关的动力学软件FDS等，通过相关的计算结果构建数学模型，绘制相关的升温曲线，从而计算出钢材的强度，最终确定对钢结构的防火保护范围。

关键词：机场；航站楼；钢结构；防火保护

当前，“钢结构”以其独特的性质与特征已经占据了我国大部分建筑工程的市场，不仅大空间的建筑、高层建筑、商业建筑以及工业的厂房需要这种钢材结构，机场的航站楼也在广泛使用这种具有较高稳定性的钢材结构。钢材是一种非燃烧的材质，但是其具有不耐火的特性，导热系数较大，比热容较低，所以一旦发生火情，钢材的强度会随着火灾现场温度的升高而迅速降低。因此，对机场航站楼等建筑的钢材结构进行防火的保护十分必要。

1 机场航站楼设置钢结构防火保护范围的原因

近年来，随着我国与国际社会的各种经济、文化、贸易等方面的往来不断增强，我国机场的总数与规模都在逐年上升和扩大，因此对机场的安全方面要求也就越加规范、严格。机场是我国民用航空的运输方面以及国家基础建设、交通运输等体系的重要部分，其安全运行对提高我国经济效益、保持社会稳定和谐具有重要意义。机场航站楼的空间一般都较大，为了确保航站楼钢材结构得到规定的防火要求，一般都会对这些钢结构采用涂刷防火涂料的保护措施。但是，受到机场航站楼建筑空间的影响，在发生火灾时该建筑内部的温度变化很难呈现出事先绘制的升温曲线上温度的变化，如若按照建筑规则进行机场航站楼钢结构的防火保护进行设计，必定会造成机场投资成本的巨大浪费。因此，根据相关的力学原理、分析方法、计算软件等计算出需要做防护保护的范围对机场的建设具有重要意义。

2 机场航站楼钢结构的性能分析

机场的航站楼在建设过程中基本都是采用钢结构，屋盖的表面一般都是采用钢网作为构架，我国许多机场航站楼钢结构中主要结构都使用了Q345C的无缝钢管，而用于连接屋面和次梁的钢材一般都是采用Q345B热轧后的H型的钢板。根据机场航站楼的内部构造，大致假设出机场内可能发生的主要火情，一般情况下，在类似机场航站楼这种大空间内对钢材结构威胁及破坏程度最大的就是二层的位置，根据相关资料可知，航站楼内二层释放的热量最多可以达到10MW。在研究机场航站楼内部烟气运动的过程中，通过相关的分析方法可以逐步计算出火源位置的功率。另外，运用模拟的方法也可以构建出烟气温度随时间变化的特征，从而计算出钢材结构耐火温度的极限数值。

3 机场航站楼钢结构防火保护范围设置的基本概况

3.1 了解机场航站楼钢结构防火保护的工程概况

首先，了解机场航站楼整体的构建规模和状况。我国大多数的机场建筑平面都呈现“一”字型的构造，长度大小不一，例如天津某机场的总长度约为600米，楼面宽约为250米，机场的进深约为100米。我国多数机场航站楼二楼以上都是采用钢结构，为准确机场内部钢结构的防火保护范围，就必要对内部结构的每个位置、环节进行仔细的测量和计算，主要需要测量的位置包括廊钢结构、结构的支柱、门框、H型钢梁跨度、弧形梁的长度、柱距等等。

3.2 利用相关软件构建模型和温度变化曲线

在构建火灾现场的模型时，应采用最不利原则。运用FDS软件对机场航站楼内部的钢材结构的温度变化进行准确的分析与计算，以此绘制出在最不利的条件下航站楼屋顶钢材结构位置处温度的变化曲线。根据相关资料可知，当钢材表面温度未超出300℃时，其钢材强度基本不会发生变化，而当钢材的表面温度超出300℃时，钢材的强度就会迅速下降，由此可知，机场航站楼钢结构的失效温度可以初步定为300℃。此外，根据相关的计算可知，超出钢材结构8米以上的高度可以不用进行防火保护。根据FDS软件的模拟计算以及经验公式的计算可以知道，在机场航站楼内部发生火灾时房间内处在火源上空的钢材构架温度相对较高，而其他部分钢材架构的温度相对较低。根据钢材结构中门式钢架的受力过程和特点可知，在分析航站楼防火保护的过程中应主要取发生火灾处的门式钢架进行整体钢材结构的受力分析。通过模拟计算的结果可知，位于钢柱6米以上的钢质构建表面温度小于300℃时，其钢材的强度不会发生任何变化。从航站楼安全的角度考虑钢结构的防护保护，一般情况下，应对结构8米以下的位置进行防火保护。此外，钢结构的所受的各种应力强度都应小于300MPa，从而满足构建的强度、稳定性等各方面的需求。

3.3 利用经验公式计算火灾发生时钢材结构火羽流温度

机场航站楼内部一旦发生火灾时，距离内部地面8米以下的结构会受到火焰的直接烧灼，此时处于该部位的结构温度都会显著上升，因此在设置防火保护措施的过程中应对该部分实施必要的防火保护。随着钢材构件与地面距离的逐渐增大，这些构建受到火焰灼烧的可能性与危险性都会逐渐降低。通过钢材构件受火灾影响的相关计算可以得出火羽流中心线的平均升温计算公式。在计算公式中，首先可以确定火源的面积，然后根据火源位置的相关计算方法最终可以计算出火羽流中心位置的温度。此外，在机场航站楼内部还含有许多商铺、座椅等休闲结构，因而这也成为火灾发生的高发区，对该区域的防火保护也应适当提高警惕。

通过对以往研究数据的对比、分析等过程，可以知道机场航站楼钢结构的耐热程度极低，因此必须要设置对其的防火保护等措施，根据我国各个机场的实际建设情况计算出准确的保护范围。根据相关的研究可知，当机场的航站楼内部的高度高于12米时，那么超出地面8米的钢材结构不需要进行防火保护，此外，由于钢这种材质对温度的变化十分敏感，因此对钢材结构中金属构件还是要做必要的防火措施。

参考文献

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