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鋼結(jié)構(gòu)防火涂料怎么算？你不知道的技術(shù)內(nèi)幕

《建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》從實(shí)施到現(xiàn)在已經(jīng)有3年多了，鋼結(jié)構(gòu)防各大軟件企業(yè)也基本都跟進(jìn)增加了相關(guān)的火涂設(shè)計(jì)功能。但是料算河北藍(lán)雄涂料有限公司對設(shè)計(jì)師來說，鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)方面的不知很多概念都并不清晰，尤其是技術(shù)構(gòu)件升溫與涂料的關(guān)系沒搞清楚。這里就這個知識點(diǎn)，內(nèi)幕做一下展開講解，鋼結(jié)構(gòu)防希望能對設(shè)計(jì)師朋友們有所幫助?；鹜?/p>

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構(gòu)件升溫的料算計(jì)算和涂料的關(guān)系

我們可以把燃燒的物體理解為水龍頭，也是不知熱量釋放的源頭，那么第一級的技術(shù)桶就是空氣，第二級的內(nèi)幕桶就是鋼構(gòu)件了。水位的鋼結(jié)構(gòu)防高低就代表了溫度的高度。水龍頭的火涂粗細(xì)決定了出水量的大小，也決定了第一個桶的料算水位上升速度。出水量或者說出水通量就是河北藍(lán)雄涂料有限公司我們升溫曲線，越粗的管，單位時(shí)間內(nèi)出的水量就越多，一級桶的水位上升就越快，反映在曲線上就是切線斜率。第一級和第二級桶連接的管的粗細(xì)，則會影響第二級桶的水位上升速度。描述這個連接管粗細(xì)的變量，就是鋼構(gòu)件升溫公式中的。

這里咱們可以再琢磨一下，我這里只說了這個粗細(xì)會影響桶的水位上升速度，但這并不是唯一影響條件，還有一個很重要的條件，那就是桶的尺寸。說到尺寸問題，就不用多做解釋，底面積小的桶必然水位上升速度快；而底面積大的桶必然上升速度慢。桶的尺寸，關(guān)聯(lián)到規(guī)范里鋼構(gòu)件升溫公式的話，就是形狀系數(shù)，即Fi/V。

那你可能有疑問了，是不是第一個桶也會有尺寸問題呢？不會的，因?yàn)榈谝粋€桶是空氣，無形無尺寸，所以在任何時(shí)候的等效模型都是一樣的，不受尺寸因素制約。

說到這里，其實(shí)有個情況沒有交代清楚。一般咱們設(shè)計(jì)中采用的大都是輕質(zhì)的防火保護(hù)材料，所以咱們可以等效為直接聯(lián)通管的形式，因?yàn)闊崃吭谕ㄟ^時(shí)可以認(rèn)為是沒有損耗的。但是如果采用了非輕質(zhì)的防火保護(hù)材料的話，那么就要考慮熱量通過時(shí)的損耗的了，而損耗的那部分，實(shí)際被防火保護(hù)材料所吸收了，并產(chǎn)生了其自身的升溫。其實(shí)說到這里，就比較容易理解了，還用咱們之前的水桶模型的話，那么就相當(dāng)于從聯(lián)通管中又外接出來了一個小桶。

那么，再來一個刁鉆一點(diǎn)的問題。如何在這個水桶模型中體現(xiàn)出耐火鋼？考慮到耐火鋼的特性，在初期的升溫速度會慢于普通鋼，但是后期的升溫性能又和普通鋼差不多。那么我們可以模擬出這么一個水桶來。

搞清楚整個鋼構(gòu)件升溫的原理后，涂料的作用就很清楚了，他對升溫的影響就等價(jià)于聯(lián)通管的粗細(xì)。在影響管粗細(xì)的的關(guān)鍵系數(shù)中，規(guī)范中對于不同涂料的取值，都有明確的規(guī)定：

02

涂料的關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算方法

對設(shè)計(jì)師而言，搞清楚設(shè)計(jì)的原理是一碼事，這個會有助于更好的理解設(shè)計(jì)結(jié)果，幫助判斷結(jié)果的正確性和合理性，但這項(xiàng)技能并不能解決設(shè)計(jì)效率的問題。

所以另一項(xiàng)重要的技能就是簡化設(shè)計(jì)流程，高效完成設(shè)計(jì)任務(wù)。還好鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)規(guī)范上已經(jīng)給設(shè)計(jì)師準(zhǔn)備好了輕松計(jì)算厚度的方法。在規(guī)范的7.2.8條中，對于膨脹型和非膨脹型都有簡單的熱阻及厚度的反算方法。

如果對規(guī)范閱讀仔細(xì)的話，會發(fā)現(xiàn)這兩個公式和前面5.3章的公式是一模一樣的，無非就是變量換個地方而已。

對公式進(jìn)行變形以后，可以得到如下的一個關(guān)系式。這很顯然是一個簡化的升溫曲線，是在一定區(qū)間段內(nèi)的直線擬合。

查詢相關(guān)材料，并參考規(guī)范可知，公式的適用范圍是在t≤600℃的時(shí)候。對照臨界溫度的表格，可以知道一般滿足要求的構(gòu)件的臨界溫度很少有超過600℃的情況，所以這個簡化公式適用于絕大部分的情況。由于計(jì)算程序采用的是迭代法獲得的等效熱阻和厚度，所以我們拿程序迭代結(jié)果和該公式擬合結(jié)果進(jìn)行過對比。結(jié)果證明，在600℃以下時(shí)，差異極小，即使超過600℃，達(dá)到臨界溫度表格中的最大值，差異依然可控在5%以內(nèi)。所以作為日常的復(fù)核的話，規(guī)范給出的公式完全可以滿足要求。

03

涂料厚度的反算

前面提到的按規(guī)范公式反算，但是仔細(xì)觀察的話，會發(fā)現(xiàn)兩個問題：非膨脹型的等效熱傳導(dǎo)系數(shù)是一個需要自行確定的系數(shù)，規(guī)范并未給出取值的方法；膨脹型的涂料計(jì)算得到的并不是厚度，而是等效熱阻。

第一個問題其實(shí)規(guī)范里面也給出了解決辦法，在附錄A中，給出了厚度的換算方法。這就意味著，可以在設(shè)計(jì)時(shí)假定一個熱傳導(dǎo)系數(shù)，提交設(shè)計(jì)方案以后，廠家可以根據(jù)產(chǎn)品的熱傳導(dǎo)系數(shù)換算出實(shí)際用于施工的涂料厚度。所以只需要在設(shè)計(jì)交底時(shí)，說明設(shè)計(jì)時(shí)采用的熱傳導(dǎo)系數(shù)以及以此計(jì)算得到的涂料厚度即可。

第二個問題還是廠家的問題，在規(guī)范的5.3.3章中提到，對于膨脹型的防火涂料，“應(yīng)給出最大使用厚度、最小使用厚度的等效熱阻以及防火涂料使用厚度按最大使用厚度與最小使用厚度之差的1/4遞增的等效熱阻”。不像非膨脹型涂料的厚度和熱傳遞系數(shù)是線性關(guān)系，斜率就是等效熱傳導(dǎo)系數(shù)，膨脹型的厚度和等效熱阻是非線性相關(guān)的，所以只能通過線性插值的方法來獲得厚度值。

規(guī)范中要求的五個點(diǎn)，實(shí)際就是用來擬合這個厚度-熱阻相關(guān)曲線的。明白了這個點(diǎn)，也就知道了為什么只能輸出等效熱阻了：因?yàn)槟壳斑€沒有廠家能提供相關(guān)涂料的參數(shù)。不過，在設(shè)計(jì)師們的努力推動下，也有越來越多的廠家開始重視這個問題，也進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)。在最新的PKPM結(jié)構(gòu)2021規(guī)范V1版程序中，我們就收錄了某知名涂料廠家的膨脹型材料SteelMaster60WB。這也是一個好的開始，說明廠家也開始重視技術(shù)因素對產(chǎn)品的影響。

總結(jié)一下，涂料厚度部分的鍋完全是廠家應(yīng)該背起來的，也是設(shè)計(jì)師可以名正言順?biāo)Φ舻?。這里也衷心希望各大廠家能夠穩(wěn)穩(wěn)的接好這個鍋，推動國內(nèi)的設(shè)計(jì)市場往更健康的方向發(fā)展。