基于建筑鋼結構耐火性能提升途徑研究

趙 培 仁

(山西省公安消防總隊培訓基地，山西 太原 030009)

?

·結構·抗震·

基于建筑鋼結構耐火性能提升途徑研究

趙 培 仁

(山西省公安消防總隊培訓基地，山西 太原 030009)

結合工作經驗，分析了提升鋼結構耐火性能的主要措施，介紹了鋼結構防火涂料的類別與選用原則，并針對鋼結構防火涂料在使用中存在的問題，提出了具體的解決策略，從而提高鋼結構建筑的安全性。

鋼結構，耐火性能，防火涂料

0 引言

鋼結構主要由鋼柱、鋼梁等結構組成，通常采用的是焊縫、柳鋼釘、螺栓等結構方式。房屋的骨架結構使用鋼材作為建筑材料，其主要性能特點是耐磨耐久、重量比較輕、安全便捷和工期短等優勢。自20世紀80年代以來，我國的鋼結構技術不斷進步，其應用范圍也比較廣泛，比如商務大廈、酒店、圖書館、工業建筑等多功能建筑物。超高層在建設過程中，采用鋼結構是必然的，這主要是混凝土結構太重，會影響到建筑荷載；采用鋼結構自身結構較輕，能夠托起更多的承重量。

1 鋼結構建筑耐火性能的分析

鋼結構雖然不具備燃燒性能，但是導熱性能非常好，自然狀態下導熱率高達58.2 W/(m·K)。如果鋼結構遭遇火災影響，鋼構件溫度超過200 ℃后強度開始減弱，溫度達到350 ℃，500 ℃,600 ℃時，強度分別下降1/3,1/2和2/3，到500 ℃左右，其強度下降到40%～50%，當溫度超過700 ℃時，構件強度要減少90%以上。通常情況下，火災發生5 min時間內，火場中的高溫會上升到55 ℃。最典型的就是美國“9·11”事件，導致世貿大樓出現垮塌原因主要是受到高溫烘烤而倒塌的。鋼結構因為受熱變形巨大，而自身重量卻較重，就出現了垮塌現象。

依據GB 50016—2014建筑設計防火規范5.1.2條規定：

針對耐火等級為二級的民用建筑，它們的柱梁以及模板和屋頂承重結構的耐火級別，不能小于2.50 h，1.50 h，1.00 h。當前，我們新建的無論是民用還是工業建筑耐火等級均要求在二級以上。而試驗表明：如果鋼結構建設完成后，沒有布置任何的防火設施，經過0.25 h火燒后，就會出現大面積變形，因此，鋼結構的防火性能研究，主要是對于其如何進行防火保護入手，其實際效果具有非常好的推廣意義。

2 提升鋼結構耐火性能的主要措施

如果建筑物采用的鋼結構作為主要支撐結構，則必須要進行必要的防火措施，以保證在高溫下性能不被改變。根據國內外大量經驗總結得出，主要有如下幾種方法。

2.1 鋼結構外表面均勻涂抹混凝土或者耐火磚

鋼梁、鋼柱的主要防火措施是在其結構的外部纏繞一些鋼絲后，再涂抹一層混凝土，鋼結構外表面就用混凝土外墻或者使用耐火磚將鋼構件完全封閉起來，以對鋼結構進行保護。單由于保護層太厚，就會增加建筑的荷載力，因此，在當前的建設過程中，使用并不是非常廣泛。

2.2 使用防火板對鋼結構進行“包裝”

使用一些不燃材料進行包裝，比如水泥板、石膏板以及硅酸鈣板等。防火板直接置于火災高溫中。但是，在我國當前建筑過程中，防火板的應用處于啟始階段，在應用的過程中該類應用方式運用較少。

2.3 水冷卻法

水冷卻法包含多個方面，其中以水噴淋和疏導兩種方法應用最為廣泛。水噴淋方法的主要內容是在鋼結構頂部設置一些噴淋設施，與市政網絡聯系起來，一旦發生火情，自動或者手動噴灑水，在鋼構件外側形成一個完整的水膜，達到降溫的效果。疏導方法指的是將傳遞到鋼結構件上的溫度通過一定的方法及時傳導出去，保證鋼結構件的溫度不會達到其極限溫度，進而保護其不備損壞。雖然水冷卻法從技術上可行性較強，但是實際工作中使用的數量非常少。

2.4 表面噴涂防火材料

在鋼結構外表面涂上一層具有防火性能的材料，從而將鋼結構件與外界火源隔離開，避免其受到外部熱源的傷害，也就保證其不會出現大面積塌陷現象。

上述四種方法比較得出，噴涂防火涂料的方法施工最簡便，成本低廉，可以根據構件不同進行工作，使用范圍比較廣，工程效率也比較高。所以，本文將重點以噴涂防火涂料作為主要研究對象，總結出最佳的防火方案。

3 鋼結構防火涂料的運用

3.1 防火涂料的類別

鋼結構防火涂料的種類非常多，但是可以大致概括為：以無機材料為主的厚型非膨脹涂料、有機材料為主要組成的薄型涂料以及超薄型膨脹涂料等三種。厚型非膨脹涂料的噴涂厚度一般在10 mm～40 mm，耐火極限可達0.5 h，甚至需要更長時間。厚型防火涂料的主要成分一般是無機材料，由于其防火性能極佳，且經過大量實踐經驗總結出，其可靠性較強，但是整體質量較高，涂料的顆粒也比較大，外表面不美觀，造成整體建筑物外形不能達到工程要求，所以此種方法通常使用在不暴露在外的表面上。薄型膨脹涂料，其通常情況下的厚度在3 mm～10 mm之間，該種材料受熱后會膨脹，進行在其表面形成一個耐火層，防止鋼結構表面溫度過高，保護其不被損壞。這種涂料一般使用的是乳膠聚合物再加之阻燃劑和添加劑而成。超薄型涂料主要是指厚度在3 mm的涂料，其在受外界熱量影響時，會形成一個外表隔熱層，是近年來才發明的新技術。其可以選擇噴涂、刷涂或者滾涂的施工方式，多用在耐火不超過2 h的鋼結構上。與其他兩種材料相比較來說，其更具有粘度細、使用便捷以及外觀非常美觀等優點。

3.2 鋼結構防火涂料的品種選用

CECS 200∶2006建筑鋼結構防火技術規范第9.1.3條規定，鋼結構應如何選擇防火涂料，遵循以下幾個條件：

1)高層建筑或者其他隱藏的位置，必須保證耐火極限在1.5 h以上，一般使用非膨脹型防火涂料。

2)室內或者其他需要裝修的部分，可以選擇耐火極限在1.5 h以內的，多選擇膨脹型涂料。

3)如果要求耐火極限必須在1.5 h以上時，或者室內的建筑結構，此時不應選擇膨脹型防火涂料。

4)露天建筑應根據環境選擇防火涂料，并且在施工完成后的一年內，涂料性能不會因為環境的侵蝕受到限制。

5)復層涂料混合使用，底層必須能夠與防銹漆搭配使用，增強鋼結構的防銹功能。

6)膨脹型防火涂料在開始使用前，必須經過嚴格的耐火試驗，確定合格后方能進行使用。

CECS 24∶90鋼結構防火涂料應用技術規范規定，應用鋼結構和防火涂料時，應遵循以下幾個方面：

1)室內外露結構或者有裝飾性要求的結構部分，要選在耐火性能在1.5 h或者以下的，通常使用的是薄型防火涂料。

2)室內隱蔽結構、高層建筑或者工業廠房，一般選擇耐火極限超過1.5 h的防火涂料，一般是厚型涂料。

3)露天結構要選擇能夠在外部使用的涂料。

不管依據什么原則選擇防火涂料，都應該遵循以下原則：

1)使用安全，無毒無害；

2)與鋼結構部分融合在一起；

3)選擇能夠達到結構預定的耐火極限；

4)鋼結構構件遇火發生變形后，防火涂料還應該保持原有形態，性能不會發生變化；

5)有效降低工程成本。

4 鋼結構防火涂料使用問題

4.1 市場亂象多，不合格產品猖獗

就目前來說，鋼結構防火涂料市場非常混亂，存在大量的不合格產品，當這些產品流入到建筑工程中時，必然會造成非常嚴重的后果。因為鋼結構涂料的驗證時間非常長，投入資金比較多，風險也比較大，所以在工程驗收時，通常是進行涂料的厚度檢測。因此，當生產、銷售企業將樣品送到國家防火檢測中心檢測時，往往與其銷售的產品完全不同。市場管理機制也存在很大的缺陷，對于那些生產、銷售不合格產品的企業懲罰力度不夠，違法成本低。目前很多地方在工程驗收時，都要求其提供具有國家檢測資質的防火涂料檢測報告，但是因為檢測部門利益關系，并沒有根據國家規定進行檢測，無論是檢測樣品、數量還是種類，都存在較大偏差，有的檢測機構還會提供一些虛假報告。

4.2 偷工減料，給工程帶來安全隱患

鋼結構防火涂料的耐火性能與其噴涂厚度有著很大關系，在進行施工時，必須嚴格按照標準噴涂，保證其能夠達到國家規定的防火標準。如果在進行建筑物裝修時破壞了防火涂料，必須要進行補救措施，保證其達到預定效果。目前市場上包工包料的涂料價格在20元/m2～60元/m2都有，價格低廉的部分必然存在偷工減料、以次充好的現象。

5 鋼結構防火涂料的現場驗收

在實踐過程中，為了能夠保證鋼結構防火涂料使用要求，能夠滿足《建筑設計防火規范》的相應規定，在實踐過程中，除抓好防火涂料的生產，銷售源頭管控以外，做好施工現場的監督驗收也非常重要，相關單位和部門應嚴格按照標準進行驗收，保證質量達標。對工程驗收時，應遵循以下幾個方面。

5.1 薄型防火涂料的具體要求

1)厚度達到設計要求。

2)無漏涂、裂縫等現象，如果出現裂縫，寬度必須保證在0.5mm以內。

3)涂層應牢固附著在鋼結構表面，無鼓包、脫層現象。

4)涂層外觀符合要求，表面平整度較高。

5.2 厚涂層涂料必須遵循的要求

1)涂層厚度符合國家標準。如果厚度不達標，必須保證達到在規定范圍的85%，同時長度范圍不能超過1 m，間隔5 m范圍內不能出現相同的地區。

2)涂層接縫部門嚴密，鋼結構部分無裸露。

3)涂層施工完畢后不能有裂縫，如果存在，其寬度應控制在1 mm范圍內。

4)涂層與內部鋼結構結合牢固，無鼓包和松散現象。

5)涂層表面無乳突。有具體外觀要求時，應保證外觀美觀，母線不直度和失圓度必須控制在8 mm以內。

6 結語

當前，在建筑領域中，鋼結構已成為建設的重要組成內容，并且隨著建筑高度的不斷升高，鋼結構的應用越來越廣泛，而為了能夠提升公共安全性能，對鋼結構的防火性能進行研究，已然成為當前建筑工程師需要解決的問題。在實踐過程中，不管我們是鋼結構防火涂料的生產者、銷售者，還是使用方、施工方，尤其是監管和驗收部門，在工作的過程中，需要本著對人民群眾生命和財產高度安全的態度嚴格把關，確保施工質量。

[1] GB 50016—2014，建筑設計防火規范[S].

[2] CECS 200∶2006，建筑鋼結構防火技術規范[S].

[3] CECS 24∶90，鋼結構防火涂料應用技術規范[S].

[4] 黃 瀅,萬 琳.鋼結構防火問題探析[J].江西科技師范大學學報，2003(5)：15-18.

Analysis on the improvement of fire resistance of steel structure building

Zhao Peiren

(ShanxiProvincialPublicSecurityFireBrigadeTrainingBase，Taiyuan030009,China)

Combining with the experience, the paper analyzes the main measures for promoting the fireproof performance of the steel structures, introduces the classification and selection principle for the fireproof coating, and points out the solutions according to the problems of the fireproof coatings in practice, so as to improve the safety of the steel structure buildings.

steel structure, fireproof performance, waterproof coating

1009-6825(2016)31-0044-02

2016-08-23

趙培仁(1973- )，男，高級工程師

TU391

A