鋼結構防火

孫曉輝

（濟南方圓經緯建筑設計有限公司，山東 濟南 250100）

引言

近年來，我國建筑工程領域中混凝土和砌體結構一統天下的局面正在發生變化，鋼結構由于其具有強度高、自重輕、施工速度快等一系列的優點，鋼結構經常作為首選結構形式被大量地運用于廠房、機場、體育館等大中型建筑，與鋼筋混凝土結構等其他結構形式相比，鋼結構有一個致命的缺點是抗火性能差。隨著鋼結構建筑的廣泛應用，鋼結構的防火問題越來越受到科研人員及設計工作者的重視。

鋼結構防火意義重大。采取防火保護措施的鋼結構，可以延長火災情況下鋼結構達到臨界溫度的時間，減輕鋼結構在火災中的破壞，避免鋼結構在火災中局部或者整體倒塌造成滅火和人員疏散的困難以及人員傷亡；可以減少火災后鋼結構的修復費用，縮短災后結構功能恢復周期，減少間接經濟損失。

1 鋼結構的優點

鋼結構與其他結構形式相比，在使用、設計、施工、造價方面都有極大優勢，而且可以隨時移動。

工業化程度高，可以進行大批量生產，將設計、生產、施工一體化，全面提高建設產業的水平；節能效果好，節能50%，保溫性能好，抗震度好；延性好、塑性變形能力強，能夠避免建筑物的倒塌性破壞；鋼結構安裝施工簡便。鋼結構由專業化金屬構件廠生產構件，在工地上用電焊或螺栓（或高強螺栓）連接起來，施工速度快；環保效果好 ，在建筑物拆除時，大部分材料可以循環使用或降解，不會對環境造成污染；自重輕，可以大大減少基礎造價；鋼結構在平面布局上的靈活性，則是另一重要特點。

2 火災對鋼結構的危害

對于一般鋼材來說，溫度在200℃以內強度基本不變，溫度在250℃左右產生藍脆現象，超過300℃以后屈服點及抗拉強度開始顯著下降，達到600℃時強度基本消失。另外，鋼材長期處于150～200℃時將出現低溫回火現象，加劇其時效硬化，若和塑性變形同時作用，將更加快時效硬化速度。2001年美國911事件中被恐怖分子襲擊的紐約世界貿易中心雙塔正是由于局部火災導致鋼結構逐漸喪失承載能力，從而使雙子塔的結構完全失效，乃致最后的坍塌。

3 結構耐火極限

根據我國有關基本建設的方針和“預防為主、防消結合”的消防工作方針，建筑防火問題是建筑工程師時在設計時需要考慮的重中之重，然而工程中的結構防火問題卻經常被結構工程師所忽視。建筑的耐火等級、最多允許層數和防火分區最大允許建筑面積、防火間距、安全疏散等作為建筑防火設計問題，其目的是當火災發生后，最大程度的阻止、延緩建筑物的坍塌時間，避免造成人員和財產的巨大損失，給滅火和救援贏得時間。然而，靠結構支承的防火墻，如果火災中承重結構遭到破壞，防火墻也很難發揮其防火分隔的作用。此外，建筑物構件如果在火災中遭遇破壞，對于人員的疏散撤離以及消防隊員進入建筑物內撲滅大火會造成嚴重影響。因此我國《高層民用建筑防火設計規范》GB 50045-95（2005年版）以及《建筑設計防火規范》GB50016-2006以及其他相關規范都有對建筑物構件的燃燒性能和耐火極限的相關規定。

4 鋼結構的防火保護

鋼結構的防火應符合現行國家標準《建筑設計防火規范》GB50016和《高層民用建筑防火設計規范》GB50045的要求，結構構建的防火保護層應根據建筑物的防火等級對各不同的構件所要求的耐火極限進行設計。防火涂料的性能、涂層厚度及質量要求應符合現行國家標準《鋼結構防火涂料》CECS 24的規定。

4.1 鋼結構防火保護的主要方法

包封法、屏蔽法（鋼結構屋蓋系統常用這種保護方法）、水冷卻法 、噴涂法（這是目前常用的方法）。

4.2 鋼結構防火涂料設計

防火涂料是鋼結構防火中最常用的方法。這是一種功能性涂料，除了具備一般涂料的裝飾、保護性能外，還具有一項特殊功能：防火。鋼結構防火涂料的防火工作原理主要有3個：最外側涂層對鋼基材的屏蔽作用；涂層吸熱后使得部分水蒸汽或其他不燃氣體從中釋放出來，起到消耗熱量、降低火焰溫度和燃燒速度、稀釋氧氣的作用；涂層本身多孔輕質以及受熱后形成碳化泡沫層，阻止熱量的傳遞，推遲鋼材強度的降低，從而延長建筑構件的耐火極限。

5 結語

鋼結構的防火直接影響著結構的安全。鋼結構建筑防火是目前建筑結構中防火要求最高的，在設計與施工中，雖然鋼結構的防火方法較多，但是依然存在大量問題。因此，必須進一步深入研究鋼結構防火，提高鋼結構耐火極限，減少經濟損失，保證人民群眾安全。

[1] 中國工程建設標準化協會.GB 50017-2003 鋼結構設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2006.

[2] 中華人民共和國公安部.GB 50016-2006 建筑設計防火規范[S].北京：中國計劃出版社，2006.

[3] 中華人民共和國公安部.GB 50045-95 高層民用建筑設計防火規范[S].北京：中國計劃出版社，2005.

[4] 公安部四川消防科學研究所.GB 14907-94 鋼結構防火涂料通用技術條件[S].北京：中國標準出版社，1994.

[5] 公安部四川消防科學研究所.CECS 241 鋼結構防火涂料應用技術規范[S]. 北京：中國計劃出版社，2005.