淺談鋼結構防火的重要性

陳湘勇

【摘要】鋼結構導熱快，環境溫度升高后材料性能迅速下降，造成結構變形嚴重甚至垮塌，所以，對于任何采用銅結構作為主要材料的結構物，如船舶、高層建筑、工廠及學校等等，必須重視其防火性能，盡可能降低鋼材的熱傳導性，延長其承載時間，為給搶險救援贏得時間。

【關鍵詞】鋼結構防火

【中圖分類號】TU545 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）01-0377-01

鋼材是一種不會燃燒的建筑材料，它具有抗震，抗彎等特性。在實際應用中，鋼材既可以相對增加建筑物的荷載能力，也可以滿足建筑設計美感造型的需要；還避免了混凝土等建筑材料不能彎曲，拉伸的缺陷。因此鋼材受到了建筑行業的青睞，單層，多層，摩天大樓，廠房，庫房，候車室，候機廳等采用鋼材都很普遍。但是，鋼材作為建筑材料在防火方面又存在一些難以避免的缺陷，它的機械性能，如屈服點，抗拉及彈性模量等均會因溫度的升高而急劇下降。特別是美國911災難，對于我們的震憾是非常強烈的，美國建筑師協會的成員RogerG.Morse先生，對紐約世界貿易中心雙塔的鋼承重結構耐火保護方面全面的調查研究報，報告顯示，鋼結構盡管不會燃燒，但是在火災中它是非常脆弱的。腐蝕對于鋼結構來說，其危害是慢性的，而火災則會在15-20分鐘左右就把一座鋼結構建筑摧毀。火災對于生命和財產的損失，是極其巨大的。

隨著國民經濟與鋼產量的提高，鋼結構已經被廣泛應用于各類大跨度、多層和高層建筑中。大跨度工業廠房、倉庫、橋梁、體育場館；超高度鋼與混凝土組合結構的現代化的辦公樓，高聳的電視塔、還有結構復雜得建筑造型等。但是鋼結構防火是一個很關鍵的問題，下面就來談一下。

1、鋼結構的耐火性能

鋼結構防火性比較差，鋼材耐熱不耐高溫，隨著溫度的升高，強度和彈性模量下降，伸長率和線膨脹系數增大。這體現了鋼材溫度升高時強度下降塑性提高。鋼結構通常在450-650℃溫度中就會失去承載能力、發生很大的形變、導致鋼柱、鋼梁彎曲，結果因過大的形變而不能繼續使用，一般不加保護的鋼結構的耐火極限為15分鐘左右。在600℃溫度左右強度就會降為零而失去承載能力，發生很大的形變，導致建筑物崩潰倒塌。一般不加保護的鋼結構的耐火極限為15分鐘左右，與建筑物耐火極限標準差距很大，也正是這一缺點制約了鋼結構的運用和發展。在我們日常生活中，由于各種自然原因和人為原因，火宅時有發生，并造成很大的災難。

2、鋼結構的防火處理方法

要使鋼結構材料在實際應用中克服防火方面的不足，必須進行防火處理，其目的就是將鋼結構的耐火極限提高到設計規范規定的極限范圍。防止鋼結構在火災中迅速升溫發生形變塌落，其措施是多種多樣的，關鍵是要根據不同情況采取不同方法，如采用絕熱、耐火材料阻隔火焰直接灼燒鋼結構，降低熱量傳遞的速度推遲鋼結構溫升、強度變弱的時間等。但無論采取何種方法，其原理是一致的。下面介紹幾種不同鋼結構的防火保護措施。

（1）外包層。就是在鋼結構外表添加外包層，可以現澆成型，也可以采用噴涂法。現澆成型的實體混凝土外包層通常用鋼絲網或鋼筋來加強，以限制收縮裂縫，并保證外殼的強度。噴涂法可以在施工現場對鋼結構表面涂抹砂泵以形成保護層，砂泵可以是石灰水泥或是石膏砂漿，也可以摻入珍珠巖或石棉。同時外包層也可以用珍珠巖、石棉、石膏或石棉水泥、輕混凝土做成預制板，采用膠粘劑、釘子、螺栓固定在鋼結構上。

（2）充水（水套），空心型鋼結構內充水是抵御火災最有效的防護措施，這種方法能使鋼結構在火災中保持較低的溫度、水在鋼結構內循環、吸收材料本身受熱的熱量。受熱的水經冷卻后可以進行再循環、或由管道引入涼水來取代受熱的水。

（3）屏蔽。鋼結構設置在耐火材料組成的墻體或頂棚內，或將構件包藏在兩片墻之間的空隙里，只要增加少許耐火材料或不增加即能達到防火的目的。這是一種最為經濟的防火方法。

（4）膨脹材料。采用鋼結構防火涂料保護構件，這種方法具有防火隔熱性能好、施工不受鋼結構幾何形體限制等優點，—般不需要添加輔助設施，且涂層質量輕，還有一定的美觀裝飾作用，屬于現代的先進防火技術措施。

（5）噴涂防火涂料。這是目前我國廣泛采用的鋼構件防火措施，鋼結構防火涂料由于其防火隔熱性能好，施工不受結構幾何形體限制、易于施工等優點，得到了廣泛的應用。國外鋼結構防火涂料研究較早，上世紀60年代，先后涌現出英國Nullifire公司S605鋼結構防火涂料、加拿大AD防火有限責任公司ADFirefilmⅡ型等一系列性能優異的鋼結構防火涂料。我國從80年代初開始研制鋼結構防火涂料，由公安部四川消防研究所研制出第一種鋼結構防火涂料-LG鋼結構防火涂料。90年代以來，我國鋼結構防火涂料發展迅速，產品類型由最初的厚涂型發展到薄涂型、超薄型，比較典型的是大連福嘉集團為國家體育場提供的鋼結構防火涂料，以及適用于室外鋼結構的薄層SWB膨脹型防火涂料，到目前為止，已有許多性能優良的產品應用于工程建設中，鋼結構防火涂料體系已發展到跨行業研究。

鋼結構防火涂料法就是在鋼結構上噴涂防火涂料以提高其耐火極限。目前，我國鋼結構防火涂料主要分為薄涂型和厚涂型兩類，即薄型（B類，包括超薄型）和厚型（H類）。薄型涂層厚度在7mm以下，在火災時能吸熱膨脹發泡，形成泡沫狀炭化隔熱層，從而阻止熱量向鋼結構傳遞，延緩鋼結構溫升，起到防火保護作用。其主要優點是：涂層薄，對鋼結構負荷輕，裝飾性較好，對小面積復雜形狀的鋼結構表面的工比厚型要容易；厚型涂層厚度為8-50mm，涂層受熱不發泡，依靠其較低的導熱率來延緩鋼結構溫升，起到防火保護作用。兩者具有不同的性能特點，分別適用于不同場合，但是，無論那種產品均應通過國家檢測機構檢測合格，方可選用。

必須指出的是，防火涂料只是半成品，必須得通過涂覆施工將涂料涂覆在被保護鋼結構的表面，形成耐火隔熱保護層，才能實現防火涂料的功能。如果涂覆施工過程不能得到有效的控制，鋼結構仍得不到合格的保護涂層。因此，要求鋼結構防火保護工程的施工隊伍一定要經過專業培訓并具有較高的管理水平，才能得到高質量的耐火隔熱保護涂層。

涂膜的質量直接影響裝飾效果和使用價值，而涂膜的質量又決定于涂料和施工的質量。劣質的防火涂料自然不能得到優質的涂膜，而優質的防火涂料如果施工不當也不能得到性能優異的涂膜。因此要達到預期的裝飾和防火保護效果，必須采用正確的施工方法，并在實踐中改進和完善，形成規范并嚴格執行。

施工工藝條件對涂料的綜合性能有著重要的影響。防火涂料的施工應由經過培訓并取得資質的專業施工隊進行。施工中的安全和勞動保護應符合國家現行的有關規定。施工現場質量管理應有相應的施工技術標準、質量管理體系、質量控制及檢驗制度、施工方案等文件予以支持。

結束語

鋼結構在建筑上的應用越來越廣泛，鋼結構耐火極限低，一旦發生火宅，防火處理不到位，以鋼結構為主要承重構件的建筑物就會迅速坍塌下來，給人民生命財產將造成不可估量的損失。目前的鋼結構防火處理方法基本能滿足規范規定耐火時限要求，但是新的防火方法還有待于研究。

參考文獻

[1]《建筑鋼結構防火技術規范》CECS200：2006

[2]《鋼結構防火涂料失效原因》韓雷任蘇暉