淺談鋼結構建筑防火

摘要：鋼結構作為一種新型材料，正被逐漸廣泛應用于各類建筑的施工設計中。本文從鋼結構的自身性能入手，對不同類型的鋼結構建筑在火災中體現的不同的特征進行了分析，針對這些特征提出了合理可行的防火措施。

關鍵詞：鋼結構建筑 防火措施

在現代建筑施工中，鋼結構正在逐漸被廣泛利用。對于鋼網、鋼制門、鋼結構的框架結構這幾種應用比較多的鋼結構建筑形式來說，相關的鋼結構建筑防火設計還沒有一個標準的規范，有必要制定一個對鋼結構整體建筑框架的防火標準規范。應該根據鋼結構的力學特點，在標準規范的指導下，契合鋼結構建筑耐火等級和防火措施，具體問題具體分析，緊緊跟隨現今鋼結構建筑防火規范的發展趨勢。

一、鋼結構耐火性能分析

鋼結構的燃點很高，屬于不然材料。但是作為建筑的主要結構用材，鋼結構的耐火性很差，在外界高溫條件下極易發生大的應變，一旦應變積累到一定程度，就會導致鋼結構的破壞。現就其主要影響因素分析如下：

1、鋼結構對外界溫度的靈敏反應。

研究發現，鋼結構隨著外界溫度的升高而表現出一定的膨脹性。在700℃一下，這個關系是一個很好的線性關系，隨著溫度的升高，熱膨脹應變也會增大，但是當外界的溫度達到了800-900℃的時候，鋼結構的膨脹應變會發生一個回縮，超過900攝氏度之后，又會繼續膨脹。這樣反復的膨脹應變變化來源于鋼結構的超靜定結構，對鋼結構是一種破壞。

2、溫度變化下，鋼結構力學性能的變化。

鋼結構建筑的梁、柱、屋架是建筑的骨架，它的安全性直接關系到整幢建筑的安全，它們大都采用鋼材，鋼材雖然是不燃材料，但其耐火性能很差，隨著溫度的變化，其力學性能會發生很大的變化，具體表現為隨著溫度的升高，鋼結構的承載能力會急劇下降。根據實驗研究顯示，當受到外界的影響而使鋼結構的溫度達到350℃、500℃以及600℃的時候，它的強度只有原來的三分之一、二分之一以及三分之二。當鋼結構的溫度為500℃的時候，將會逐漸失去保持建筑穩定的性能，而當溫度高于900攝氏度的時候，鋼結構建筑很有可能在15米之內快速倒塌。

3、鋼結構極好的導熱性。

鋼結構是一種極好的導熱材料，熱傳導在鋼結構中傳播的速度極快，這就會導致整個鋼結構都處于受熱條件下，一旦溫度超過了極限，就會發生破壞。

4、鋼結構的荷載和幾何約束條件。

鋼結構作為建筑的骨架，起著承受荷載的作用，但是一旦外界溫度發生急速變化，機會會導致鋼結構的承載能力急速下降，一旦超過了受火承載極限，就會發生破壞。所以在防火設計中要充分考慮到外部荷載和鋼結構幾何約束條件的組合關系，使得鋼結構可以充分滿足設計要求。

5、影響鋼結構耐火性能的幾個主要因素。

火災越大，對鋼結構影響越大；鋼結構建筑內部滅火措施的設計是否合理，也會影響鋼結構的耐火性能；對于重要的建筑物，要提高鋼結構耐火性能設計等級；對于那些對整個建筑的荷載承受極為重要的部位，應該提高材料耐火的等級，加大防火力度。

二、幾種主要的鋼結構形式在火災中的破壞特征分析

1、鋼網

作為整體屋面的承重結構，鋼網架具有跨度大、連續性好等特點，但是在高溫下，鋼網架上面通過螺栓等措施連接起來的網中節點，極易發生塑性變形或者其他的應變變化，一旦超過臨界者則很有可能發生結構的破壞。因為在鋼網架的防火設計中，應該盡可能高的提高耐火材料的等級。

2、門式鋼架

門式剛架為一種傳統的結構體系，該類結構的上部主構架包括剛架斜梁、剛架柱、支撐、檁條、系桿、山墻骨架等。門式剛架承重結構體系的剛架、檁條（或墻梁）以及壓型鋼板間通過可靠的連接和支撐相互依托，體系受力更趨向于空間化。在高溫條件下，一旦有門式鋼架到達了承載極限，則極有可能導致整個廠房門式鋼架的次第倒塌。因此在設計中，除了要考慮材料的耐火性能之外，對于關鍵位置的連接構件，比如檁條等，要提高材料的耐火的等級，保證個構件之間的耐火協調性，提高整體建筑的耐火性能。

3、鋼結構框架

鋼框架一般布置在建筑物的橫向，以承受屋面或樓板的恒載、雪荷載、使用荷載及水平方向的風荷載及地震荷載等，屬于靜不定結構，隨著外界溫度的升高，會產生較大的溫度應力。房梁等結構隨著溫度應力的累積，也會產生軸向應變的積累，材料的塑性蠕變等現象，導致鋼框架的強度降低，從而引起鋼結構建筑整體破壞。

4、金屬屋面

這種簡易的屋頂，施工簡單，因而應用廣泛，但是它的鋼面暴漏在空氣中，一旦發生火災沒有什么保護措施，很容易造成鋼結構建筑的整體破壞，還會沿著鋼面進行蔓延，加大損失。

5、鋼桁架

鋼桁架是指用鋼材制造的桁架，工業與民用建筑的屋蓋結構，吊車梁、橋梁和水工閘門等，常用鋼桁架作為主要承重構件。在外界溫度的急劇變化之下，也很容易發生應力集中下的破壞。

以上只是單方面分析了一種鋼結構的耐火性能，但是現在鋼結構建筑一般都是有幾種鋼結構形式組成的，當對其耐火性進行設計的時候，一定要綜合考慮，提出一個協調多種結構形式的耐火設計。

三、鋼結構建筑主要的防火措施

為了提高鋼結構的耐火性能，優化鋼結構的材料屬性，使得所用的鋼結構耐火極限在施工設計的控制范圍之內，必須對鋼結構建筑進行防火處理。目前常用的防火措施可以概括為水冷卻法、包敷法、噴涂法。

1、水冷卻法。

包括注水和淋水兩種方法。

為了控制鋼結構的溫度，水冷卻注水法的主要實現方法是在內部中空的鋼柱內進行注水，并與上部的冷卻水水箱連同，形成一個可以內部循環的冷卻封閉系統。當外界發生火災而導致鋼結構溫度升高的時候，鋼結構和內部的冷卻水會進行一個能量交換，兩者之間存在一個溫度的傳遞。然后鋼柱內的冷卻水由于溫度的升高，隨即和上部冷卻水水箱中的水進行熱量交換，這樣就形成了一個冷卻水的循環，隨著循環的進行，不斷帶走鋼結構上面的溫度。

而水淋冷卻法是在鋼結構上部布置自動噴淋系統，發生火災時，啟動噴淋在鋼結構表面形成一層連續的水膜，達到保護作用。

2、包敷法。

采用磚、混凝土、硅鈣板等材料將鋼結構包裹，從而形成保護層，提高構件

耐火極限。主要包括單面屏蔽法、外襯砌法。

單面屏障法是一種對熱源的處理方法，主要的視線方法是在鋼結構和火源之間設置一個屏障，使得火災發生時，熱量無法快速傳遞給鋼結構。

外襯砌的主要目的也是隔斷火源，主要的襯砌材料是混凝土、耐火磚以及耐火輕質材料。實現方法和單面屏障法類似，只是外襯砌方法是把混凝土或者耐火磚完全包裹鋼結構構件，完全防止了鋼結構和火源的直接接觸。

3、噴涂法

為了提高鋼結構的耐火性能，可以在其表面噴涂一層防火材料，形成一層保護膜，提高發生火災之后鋼結構的耐火性， 它具有施工簡單等特點，而且不用考慮鋼結構構件的形狀，經濟性和適用性都不錯。

我們在設計時，要根據不同建筑對構件耐火極限的要求，通過科學比較，選出最恰當的防火保護方法，達到經濟和安全要求。往往都是幾種方法一起使用，保證鋼結構建筑的耐火性能能夠滿足前期設計的要求，避免在火災出現時，鋼結構耐火性能不達標的現象出現。還要時常檢查防護層是否穩定，對進行了防火措施的鋼構件時時監測，以保證一旦出現火災，能夠立刻發揮作用。

綜上所述，鋼結構正在逐漸被應用到建筑施工中，在具體施工中，應該嚴格查明建筑的重要的等級，選取合適的防火材料，并且要制定合理正確并且可以實行的防火標準規范，防患于未然，加強鋼結構建筑的防火力度，為鋼結構建筑的順利施工，打下堅實的基礎。

參考文獻：

[1]郭仕海. 淺談鋼結構建筑防火設計[J].民營科技，2010，09.

[2]姚曉春.鋼結構建筑防火設計的研究與探討[J].科技風，2010，24.