淺談鋼結構建筑防火

王占生

【摘 要】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。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。本文簡述了鋼結構具有的特點，參考國內外資料，論述了鋼結構抗火設計及防火保護的基本方法。并提出了今后工作中需大量研究的問題，為鋼結構設計的完整性提供了參考 。

【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。

1.鋼結構建筑火災的危害

鋼材成為鋼結構建筑中的最主要建筑材料，雖然屬于一種不燃燒材料，但是鋼材的本身是一種熱良導體，十分容易傳導熱能。一般來說，當溫度超過了260℃以上，鋼材料的極限強度與屈服點就會顯著的下降，溫度為400℃時，鋼材的屈服強度將降至室外溫下強度的一半，溫度達到650℃時，鋼材基本喪失全部強度和剛度，可以近似等于零。這樣就使鋼材喪失了承載能力，導致鋼材出現過大變形，不能再繼續工作。

鋼結構建筑最主要的缺點就是耐火性能較差。如果沒有對它進行防火處理，即使鋼材的本身不會遇火而燃燒，可是遇到了高溫之后它的強度就會迅速的下降。鋼結構的建筑一旦遇到火災就易發生變形倒塌，這樣很容易造成較大經濟損失和人員傷亡，造成嚴重的安全事故。

2.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?，F就其主要影響因素分析如下：

2.1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。

2.2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。

2.3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。

2.4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。

2.5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。

3.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。

3.1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。

3.2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。

3.3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。

4.結語

當前建筑結構正由土木結構、磚混結構、鋼筋混凝土結構向鋼結構快速發展，高層建筑物越來越多。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。