鋼結構主要防火保護措施綜述

潘 希 成

(中建八局第四建設有限公司青島分公司，山東 青島 266000)

1 概述

隨著鋼結構建筑的廣泛應用，其抗火問題也越來越顯著。本文針對當前國內鋼結構采用的防火保護措施進行匯總，并依據是否允許熱量傳遞到構件上將措施分為截流法和疏導法，并對這兩種方法的基本原理和具體措施進行詳細闡述，對這兩種方法主要優缺點和適用范圍等進行對比分析，同時也對應用最為廣泛的包封法和噴涂法進行對比分析。最后得出結論在具體選擇防火措施時，應綜合考慮建筑物的結構形式、施工質量、成本與綜合效益，根據工程實際來進行選擇。同時應設置多道防火措施，來保護建筑。

2 截流法

截流法的原理是截斷或阻滯燃燒產生的熱量向構件傳輸，從而使構件在規定時間內的溫升不超過其臨界溫度。通過設置一層導熱系數較小、熱容較大的保護材料，使火災產生的高溫首先傳給這些保護材料，減緩熱流向構件的傳輸速度，從而起到保護構件的作用。截流法根據材料的不同又分為屏蔽法、包封法、涂抹法和水噴淋法。

2.1 屏蔽法

屏蔽法是指將鋼結構設置在耐火材料組成的墻體或者封閉空間內或將構件包藏在兩片墻體間隙中。這可以將構件與火焰直接隔離開來，阻止火災火焰煙氣直接作用于鋼構件。此法可以在火災時大幅降低鋼構件的升溫速率，并且可作為室內裝飾，增加美觀性。例如可以在鋼梁下面吊防火平頂或鋼珠內側設置有一定寬度的防火板等。其余方法與之不同的是：在包封法中，防火板材直接與構件相連，而屏蔽法中構件不與防火材料接觸。屏蔽法應注意接縫的施工嚴密，避免火焰侵入，見圖1。

2.2 包封法

包封法是在鋼構件外表添加外包層——防火板材、防火卷材、耐火磚、混凝土或者其他具有防火隔熱功能的材料。該方法具有重量輕、施工便捷、裝飾效果較好、干作業與耐火、耐久性能優越等特點，并且可以工廠預制。

1)澆筑混凝土、砌筑耐火磚。該方法優點為強度高、耐久性與耐沖擊性能好。缺點為抗火能力與包封材料的厚度直接相關，若要得到較好的耐火效果，則構件尺寸將會較大的增大，不僅占用建筑空間，而且增大了自重。此外這種方法的施工相對困難，例如在桁架桿件或者支撐上，幾乎不采用此種方法，見圖2。

2)包覆防火板。根據厚度不同又分為防火厚板與防火薄板。薄板密度較大、導熱系數大，常用有水泥壓力板、普通硅酸鈣板材等；厚板密度小，導熱系數較小，但具有重量輕、防火性能好、飾面效果好、施工趕作業等優點，常用于鋼柱的防火措施中，常用的板材有輕質硅酸鈣板，見圖3。

3)包覆柔性氈狀隔熱材料。包覆柔性氈狀隔熱材料屬于柔性方法，具有適應性強，隔熱性能好，施工便捷、造價低等優點，同時可以起到隔水保護作用，常用于室內不能受機械傷害的部位和免受水濕的部位。

2.3 噴涂法

噴涂法是將防火涂料噴涂在構件表面形成保護層或者將顆粒狀無機纖維通過噴射法噴打在構件表面形成一定形狀的纖維層材料。該方法具有施工方便簡單，重量輕等特點，可以用于梁柱墻等各種構件及節點，不受形狀限制，但會對環境造成一定的污染，并且對涂敷的基底與環境條件要求苛刻，對施工人員的技術要求較高。其具體的原理為：鋼結構防火涂層對鋼材基材起到了屏蔽作用，使得鋼構件不直接暴露于高溫火焰中；涂層吸熱后部分物質分解形成水蒸氣散熱，起到了降溫作用，見圖4。通常根據高溫下涂層變化情況分膨脹型(又稱薄型)和非膨脹型(又稱厚型)兩大系列。

2.4 水噴淋法

該方法通過在構件頂部設置噴淋供水管網，火災時開啟噴淋系統，在構件表面形成一層連續流動的水膜，保護構件的同時，也通過讓水蒸發吸熱帶走熱量。但該方法需要對所有構件都設置噴淋系統，現有建筑中的噴淋系統還不能滿足這樣的要求。

3 疏導法之水冷卻法

與截流法不同，該方法允許熱量傳遞到構件上，然后再通過各種措施將熱量耗散，從而保證構件溫度不會升高至臨界溫度，起到保護的作用。

疏導法最常用的方法是水冷卻法，該方法主要應用在鋼柱中，通過在空心封閉截面中注水，火災時水吸收火傳遞給構件的熱量，水通過循環、蒸發帶走熱量，從而使構件溫度維持穩定，保證柱子溫度不會升溫過高而喪失承載能力。此法是理論上鋼結構保護最有效的方法，但是這種方法對結構設計有復雜要求，水冷卻設備也復雜且成本較大。例如在冬季時為了防止凍害，需要添加防凍劑、為了防止鋼結構銹蝕，還需向水中摻入防銹外加劑等，導致了該方法應用較少，見圖5。

4 對比分析

4.1 疏導法與截流法對比

總結截流法和疏導法的措施，原理和主要優缺點和適用范圍，如表1所示。疏導法的核心是迅速將傳遞到構件上的熱量帶走，截流法的核心是阻止熱量直接傳遞給構件，以延緩其升溫速度。相比于截流法，疏導法效果最為顯著，但受到經濟技術因素限制，目前工程中采用最多的仍然是截流法。

表1 疏導法與截流法比較

4.2 截流法各類方法比較

截流法中，屏蔽法和水噴淋法由于防火效果和使用空間限制，因此沒有得到普遍使用。目前工程應用中主要使用的還是包封法和噴涂法，因此本文對這兩種方法進行比較。鋼結構的防火噴涂法施工極為便捷，并且造價低、噴涂材料重量輕，適用于各類構件。而包封法則是采用了一定形狀的防火板材、混凝土等對結構構件進行保護，施工相對復雜并且可能對室內造成機械損傷等，不過它又比噴涂法要耐久且裝飾效果比噴涂法好很多。因此，隨著近年來新型防火板材的研制，包封法自身的優勢逐漸凸顯。這主要基于包封法的性能穩定、耐久性好、施工安全，抗火效果更優。同時考慮到經濟因素，噴涂法由于其耐久性差而常常需要維護維修，雖然其前期施工便捷、費用低廉，但是后期維修成本高。而包封法雖然前期投入看似較多，但后期維護極少、維修費用很低，綜合成本較低。

5 結語

通過對各種抗火方法的分析比較，可以得出以下結論:

1)疏導法抗火性能優異，但經濟成本較高，且施工工藝復雜，技術要求較高，因此僅在少數項目中使用。2)目前工程中常用的防火保護措施主要是包封法和噴涂法，屏蔽法和水噴淋法很少應用，或僅作為輔助。3)包封法和噴涂法兩者各有優劣，在實際應用中應結合工程實際和具體防火要求選擇最合適的方法。4)在具體選擇防火措施時，應綜合考慮建筑物的結構形式、施工質量、成本與綜合效益，并根據工程實際來進行選擇。同時應設置多道防火措施保護建筑結構安全。