鋼結構防火原理及防火保護

翁 梅

河南工業職業技術學院建筑工程系（473009）

鋼材具有強度高、重量輕、塑性好、抗震好等優點，使鋼結構既有良好的承載能力,又可以滿足建筑設計中造型多樣化的需求。因此鋼結構具備許多混凝土結構所不可比擬的優勢，廣泛用于大跨度、超高層等建筑中。但鋼材卻存在防火性能差這一無法避免的缺陷。鋼材雖然不能燃燒，但其強度卻會隨溫度上升而急劇降低,使結構在火災后短時間內發生破壞。因此防火處理便成為了鋼結構設計中的一個重要環節。

1 防火原理

鋼材在600℃時強度幾乎降為零,從而失去承載能力,而在全負荷下,建筑鋼結構失去穩定的臨界溫度在500℃左右。一般火災發生時,幾分鐘內火場溫度就能達到800℃以上，在這樣的環境下,裸露的鋼構件會很快因高溫而產生塑性變形，最終會導致整體結構的失效倒塌。一般無防火保護的鋼結構的耐火極限約為15分鐘，防火保護的目的就是將耐火極限提升到設計規范規定的范圍之內。火災時產生的熱量傳遞至結構，使鋼材表面受熱，由于鋼材導熱系數大，且構件大多是薄壁截面，板厚較小，因此構件表面與內部的溫度幾近相同。當鋼材表面遭受火焰灼燒時，高溫會迅速引至整個構件或結構，進而導致結構承載力降低甚至完全喪失。因此防火保護的措施雖然多種多樣,但究其原理都是用耐火或絕熱材料阻隔火焰，降低熱量的傳遞速度，推遲結構達到臨界溫度的時間。

2 防火保護措施

近年來，建筑鋼結構的應用愈加廣泛，但由于鋼材本身不耐火的缺陷,引發的火災事故及其帶來的重大損害已屢見不鮮。因此在建筑設計中，要加強對鋼材的防火保護，提高其耐火極限，并且還有充分考慮人員疏散的因素，制定必要的應急措施，以減少人員傷亡及損失。以下介紹幾種鋼結構中常見的幾種防火保護措施。

2.1 外包層法

即用耐火材料包裹鋼材表面以阻隔火焰。外包層可用現澆混凝土作為防火保護層，材料采用混凝土、加氣混凝土等，既不會燃燒，又具有較大的熱容量，可以推遲鋼構件的升溫速度。也可用砂漿涂抹作為保護層,以提高其耐火極限。還可以用輕質耐火材料，如石膏板,珍珠巖板等包覆鋼構件，并用粘結劑或螺栓等連接件外包固定在構件上。

2.2 屏蔽法

把鋼構件隱蔽在由耐火材料組成的墻體或頂棚內，由耐火墻體或吊頂起保護作用以延緩鋼構件的升溫速度,實現防火目的。這種方法還具有良好的裝飾性，在鋼結構屋蓋系統中就經常采用。

2.3 水冷卻法

將鋼構件設為空心截面并連成網絡,在其內部充水,以形成封閉水循環冷卻系統。發生火災時，構件內的水因溫差作用而形成循環，帶走熱量并引入涼水，只要保證補充水源并維持水位，鋼構件就不會因溫度過高而失去承載力。也可以在建筑內部設置自動水淋裝置,火災時頂部水淋裝置會自動噴淋，在鋼材表面形成一層流動水膜，以起到保護作用。

2.4 噴涂法

在鋼構件表面用噴涂機具來噴涂防火涂料，以起到防火保護作用，這種方法施工方便，防火性能好，不受結構幾何形體的影響，結構負荷小，因此也是目前鋼結構防火方法中最常見的一種。目前市場上防火涂料的種類繁多，其防火性能也各有不同。防火涂料主要由薄涂型(B類包括超薄型)和厚涂型(H類)兩種。

1）薄涂型的涂層厚度一般在2～7mm，涂層在火災時受熱而膨脹發泡，形成泡沫狀的隔熱層，以隔斷熱量傳遞，阻礙鋼構件升溫，從而提高其耐火極限。具有裝飾性較好，結構負荷小、施工方便等特點，主要用于耐火極限在1.5小時以下且構件裸露有裝飾性要求的結構。超薄型的涂層厚度不超過3mm，涂層受火時膨脹發泡，形成致密隔熱層以防火保護，具有涂層更薄、裝飾性更好且施工方便的特點，一般用于耐火極限在2小時以內且構件裸露有裝飾性要求的結構中。這類涂料是近幾年才發展起來的新種類，備受用戶青睞。

2）厚涂型的涂層厚度一般為8～20mm，受熱并不膨脹發泡，主要是因其不燃性、低導熱性的特點來阻礙鋼構件升溫，提高其耐火極限。具有防火保護性好，導熱率低等優點；但施工較復雜，主要用于耐火極限在1.5小時以上的隱蔽結構、重要結構、潮濕環境結構等。

兩種類型的涂料性能特點不同,因此適用于不同的場合，應根據建筑的耐火等級、環境條件、施工工藝等因素綜合考慮，合理選用與其相適應的涂料類型，以實現防火涂料的防火保護作用。由于防火涂料在噴涂時容易造成環境污染，還可能釋放出有毒、有害氣體，因此應予以限制并進行改良，并重視研究和推廣無毒害且化學穩定性好的無機類防火涂料新技術。

3 結語

隨著建筑鋼結構技術的不斷發展與成熟,其應用也越來越廣泛,逐漸與混凝土結構并列成為我國建筑結構的兩大主體形式,因此鋼結構的防火保護問題也隨之成為一個重要課題。實際上鋼結構的防火保護措施往往不是單一采用上述的某一種方法,而是設置多道防線，采用幾種方法相結合，如以自動噴淋作為抵抗火災的第一道防線,以屏蔽法或外包層法做第二道防線，噴涂法做第三道防線，以加強鋼結構的防火性能。在防火方法選用中，應根據建筑鋼結構具體的使用場合、耐火等級、結構特點、成本要求等方面選擇合理高效的保護措施，以充分發揮其防火保護作用。

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