鋼結構建筑防火保護關鍵問題及對策研究

何雪云

（北京市西城區消防救援支隊，北京 100000）

鋼結構建筑的主要防火方式有防火板、涂層保護、外包混凝土以及包覆柔性氈狀材料等方式。由已有研究可知，現階段多數大跨度鋼結構建筑防火方式皆以涂層保護為主，大跨度鋼結構建筑起火后若沒有防火涂層保護，則會在15 ～20min 之間出現垮塌。對此，為進一步探究鋼結構建筑存在的防火問題，選擇合適的防火設計，應當明確現階段鋼結構建筑的防火現狀，以期提出具有針對性的防火措施。

1 鋼結構建筑防火保護存在的關鍵問題

1.1 鋼結構建筑防火保護設計選擇不當

大跨度鋼結構建筑的防火設計與施工必須結合設計單位提供的圖紙進行，部分區域或功能結構的鋼結構建筑應當在設計階段便對其進行特殊消防的設計，例如8m及以上的建筑鋼構件不需要對其進行防火保護，以現階段此類防火設計建筑現狀可知，使用該類方法設計的建筑并未出現因火災原因而倒塌的案例。受此觀念影響鋼結構建筑的防火保護方式應當成為建筑防火的首項考慮因素，以國家體育館、北京環球影城以及鋼結構火車站等建筑鋼梁，由需要對建筑的美觀與工期等因素進行考慮，通常會在建筑設計中指明需要使用的防火涂料，此類防火涂料涂抹厚度通常在5mm 以下，當建筑出現火情后會膨脹形成厚度約為20 ～25mm 的致密炭質層，以達到對建筑鋼結構進行保護的目的。結合《鋼結構防火涂料》GB14907-2018 中相關要求可將膨脹型防火涂料分為兩類，即溶劑性與水基性防火涂料。其中，溶劑性防火涂料在實際應用中難以達到相關標準的要求，并且受組成材質影響，還會出現有害物質超標的情況發生。而水基性鋼結構防火涂料則會受到天氣原因而出現涂抹后大面積脫落的情況。因此，為保障鋼結構建筑的防火性能，應當選擇合適的防火涂料，并加強涂抹施工的日常管理，以期發揮出防火涂料的實際性能。

1.2 鋼結構防火保護材料不滿足安全標準

建筑材料市場存在巨大的利潤，因此，導致眾多不法商家會通過生產偽劣假冒產品的方式獲取利潤，進而造成建筑材料市場偽劣防火材料屢禁不止的情況發生。同時，因存在部分優質防火材料價格偏高的問題，導致建筑工程無法在預算內采購此類防火材料，所以只能采購質量與價格皆偏向中等的涂料進行施工，從而造成上述防火涂料的使用質量問題。劣質防火涂料導致的鋼結構建筑火災問題多出現在地方，綜合分析各地區消防單位提供的火情報告數據可知，超過半數以上的鋼結構建筑火災事故皆使用劣質的防火涂層材料，特別是個人或依靠資質得到項目工程的施工方，因會更加側重于施工的利潤問題，所以會壓縮非必要建筑材料的采購經費，進而造成除結構主體材料外所有建筑材料質量不達標的問題發生。另外，鋼結構建筑施工過程中存在偷工減料，導致防火涂料實際涂抹厚度不足和局部漏涂的問題，進而在發生火情后會出現以鋼結構轉角、連接以及其他密閉性不強的區域出現涂層脫落情況，加速鋼結構建筑坍塌的速度。對此，應當在施工前進行防火涂層的抽采檢測，并在施工后對涂抹涂層進行采樣，以期保障鋼結構建筑的所有區域防火涂料涂抹皆滿足設計要求。

1.3 機構檢測人員存在工作上的疏忽問題

在現階段鋼結構建筑的質檢工作中，因質檢人員多會結合首次檢測質量標準進行質量認定，并得出無須進行多次定期檢測的質量報告，導致防火涂料在長期使用過程中受到溫度、濕度以及碰撞因素影響會出現一定程度的質量下降情況，進而造成火災發生后破損防火涂層無法保護鋼結構免受炙烤，出現的鋼結構建筑快速垮塌的情況。同時，部分建筑單位會為應付檢測工作而出具違規的施工質量合格檢測報告，或者依托第三方質檢機構進行工程檢測，受到委托單位的能力影響而出現相關的質檢報告問題，從而為鋼結構建筑埋下火情安全隱患。從消防救火角度出發，上述現象會直接縮短消防入場所需的時間，并會對后續的入室消防工作造成嚴重的安全隱患。

1.4 鋼結構工程使用缺乏項目管理維護的責任人制度

結合現階段市場常見鋼結構防火涂料的使用設計可知，若各項施工質量皆滿足設計要求，則涂料不會在短時間內出現明顯的質量問題，因此對鋼結構建筑的防火涂料質檢期限應當控制在5 ～10 年。但是，若鋼結構工程缺乏項目管理責任人制度約束，則會導致工程建筑在短期內出現維護質量問題，并在長期缺乏科學的維護管理下導致鋼結構建筑出現防火涂料脫落或者大面積失效等問題發生，進而增加建筑后期的使用安全問題和維護資金投入。因此，可結合當地質檢部門、消防部門以及施工單位共同設計關于鋼結構建筑防火涂料的責任人制度，進而從關系建筑安全的各方單位之間形成責任閉環，以此督促各方安質按量完成施工質量檢測工作，并為后期出現鋼結構建筑火災問題承擔責任。

1.5 缺乏不同環境下能夠長期使用的建筑監控數據庫

鋼結構建筑不同功能區和所處位置會造成鋼結構防火涂料出現不同程度的變化，結合現階段智能建筑的設計方法可將各類傳感器安裝在室內、室外以及石化處，以期通過傳感器監測的方式計算鋼結構防火涂料的使用性能。但是，從現階段鋼結構智能建筑的防火涂料監測系統使用角度來看，受系統設計以及建筑空間結構影響，監測系統并沒有設置一個可長期監控并存儲數據的數據庫，部分具有長期使用的建筑監控數據庫還存在屬于管理等問題，使得傳感器監控裝置無法采集鋼結構防火涂料的階段性情況，從而在火情出現時建筑管理人員無法通過防火涂料實際情況判斷建筑物的安全等級，并制定建筑內人員與財產的疏散方案，進而增加建筑物消防救援的風險。

2 大跨度鋼結構建筑防火和滅火的要求

2.1 做好防火分區

為避免大跨度鋼結構建筑出現區域火情引發整體火災的情況，并降低火災發生的概率和延緩火情的蔓延速度，為消防人員入場提供寶貴時間，需要大跨度鋼結構建筑做好建筑內防火區域的劃分工作，通過科學設計擋煙垂壁的方式扼制區域性火情的蔓延，并便于質檢人員對鋼結構進行防火涂料的檢測。以大型綜合性商場為例，因建筑各層功能性以及存儲材料的特性因素影響，商戶與商戶之間的防火分區隔離應當以混凝土墻為主，并且商戶門店的進出口位置應當設計擋煙垂壁，鋼結構直接暴露在空氣中的區域應當設有消防噴頭，以期通過物理降溫的方式降低建筑及空氣中的溫度，為后續消防救援提供更加安全的搶險環境。另外，做好鋼結構建筑的防火分區還可以避免火災出現連鎖反應，即避免其他區域的危險品受到高溫炙烤出現二次爆炸的情況，最大限度保障室內被困人員與消防人員的生命安全。

2.2 增強建筑材料防火性能

在上述大跨度鋼結構防火分區設計的基礎上，通過增強建筑材料防火性能可保障建筑不受火災的影響，并在根源上消除可能影響建筑結構穩定的因素。對于現階段我國大跨度鋼結構建筑的構件而言，在安裝前需要參照防火等級進行嚴格的防火涂料涂抹工作，并等待鋼結構外部防火涂料完全陰干后才可將其投入實際安裝中。同時，鋼結構建筑的防火涂料與后期使用的修復涂料應當保證具有較高的防火性能，從而確保鋼結構建筑能夠長期處于防火涂料的防護當中。以此通材料角度避免鋼結構建筑火災問題的發生。

2.3 全面落實消防設備安置

若將鋼結構建筑防火分區設計視為建筑防火的主體架構，將防火材料涂抹施工質量視為預防火災發生的基礎，則可將落實消防設備的安置工作視為加強鋼結構建筑防火的體系表層結構。結合國內鋼結構建筑火災事故可知，建筑內所出現的多數火情皆可通過加強監管和落實消防設備的方式給予消除，即多數火情皆由人在室內的活動造成，例如，吸煙、用電以及玻璃制品聚光導致的火災，因此全面落實消防設備安置工作可在發現火情的第一時間對其進行滅火，從而消除建筑內的火災隱患。大型商場性鋼結構建筑夜間屬于人流量較少的時間，但發生火情的概率卻高于白天出現火情的概率，主要原因在于夜間出現火情無法第一時間借助消防器材進行消除，進而導致建筑火災事故的發生。對此，全面落實消防設備安置工作應當還包括室內的消防系統安置，從而借助計算機的方式在出現火情的第一時間對起火點進行滅火，從而提高鋼結構建筑的整體安全性。

3 實踐分析

3.1 鋼柱耐火試驗

以某鋼結構建筑工程下的豎向承重鋼柱為例，探究不同界面型號的耐火性能。因鋼柱屬于鋼結構建筑中的主要承力結構，因此對其進行耐火性能研究能夠得出鋼結構建筑火災情況下的最小坍塌時間，以此試驗數據為基礎進行鋼桁架樓板的耐火性試驗。結合我國相關標準要求鋼結構建筑鋼柱的耐火極限應當大于等于3h，因此，本文將選擇某建筑工程下三個不同型號的鋼柱試件進行耐火性試驗，試驗結構如表1 所示。

表1 鋼柱試件的耐火試驗結果

由表1 中數據可知，鋼柱的耐火性質與防火涂料和載荷強度有關，鋼柱1 與鋼柱2 皆能夠滿足火情下3h 的耐火時間，并且鋼柱3 的承壓壓力比鋼柱1 多1924kN，由此可證明科學的防火方式選擇能夠有效提高鋼結構建筑的穩定性，可為消防救援提供寶貴的時間。

3.2 鋼桁架樓板耐火試驗

案例建筑中樓板組成以鋼桁架樓板為主，該結構的耐火極限可低于鋼柱的耐火極限，但同時不應當地域2h 的極限耐火時間。該項目的鋼桁架樓板規格為5100mm×1500mm×602mm 和5100mm×4500mm×602mm。鋼桁架樓板耐火性試驗共分2 組，其試驗結果如表2 所示。

表2 鋼桁架樓板耐火試驗結果

由表2 中數據可知，同等防火條件下鋼桁架樓板的載荷力分布約小，則鋼桁架樓板的防火效果會約明顯。鋼桁架樓板1 號試件的耐火時間能夠達到120min，而鋼桁架樓板2 號試件則可達到150min，兩種信號試件皆可滿足鋼結構建筑的施工防火標準。

4 解決對策

4.1 選擇耐久性較強的保護設計

因鋼結構建筑涂抹防火材料會增加工程的資金投入，所以結合鋼結構建筑的使用功能可選擇部分或整體建筑不做防火保護，對商業因素的鋼結構建筑可考慮對易發生火情區域進行防火涂料的厚涂設計，并對不易發生火情或者受火情影響較小的鋼結構建筑區域可選擇減少防火涂料的涂抹，以此均衡鋼結構建筑的防火空間控制的設計區間。同時，結合鋼結構防火保護設計存在材料選擇不當問題，應當在鋼結構建筑的設計初期，便對防火保護方式進行設計，并結合建筑未來的使用方向以及可能受到的環境影響提出一套科學的管理設計方案，結合鋼結構建筑的使用年限和防火涂料的使用年限，其設計方案應當能夠持續維持鋼結構建筑安全防火約50年，實際時長可受到后續建筑維護增添防護措施而延長。此外，受到鋼結構建筑的結構特性影響，若建筑出現某種程度的結構問題，則需要對大面積的鋼結構進行維護，因此會造成受影響鋼結構需要重新進行防火設計的情況。在修補使用的防火涂料中，建議鋼結構建筑室內應當選擇耐久性能較好的優質非膨脹型防火涂料或者水性防火涂料，若建筑處于環境較為惡劣的室外或石化領域，則建議使用環氧類防火涂料進行鋼結構的涂抹防護。上述兩種涂料的耐久性較好，可以更好地滿足鋼結構建筑本身使用年限與材料使用年限的相關要求。

4.2 委托能力較強的第三方檢測單位對施工建筑進行質檢

我國法規規定建筑出現質量問題后，其建筑的建設單位需要承擔首要責任，并且具體工程設有具體的責任劃分方式。因此，為保障鋼結構建筑防火涂料施工質量能夠滿足設計要求，在避免主觀檢測因素的前提下，選擇第三方質檢單位對施工建筑進行防火情況的檢查。例如，某鋼結構建筑的防火涂料質檢工程為確保防火質量，要求對防火材料進行模擬實驗的質量檢驗，并結合施工使用鋼結構進行鋼柱和鋼桁架樓板的耐火使用，若實驗滿足建筑設計的防火安全標準則，可以將材料應用到施工當中，若實驗材料未能達到建筑設計要求標準，則需要重新選擇使用的防火涂料。

現階段，我國并未出臺關于鋼結構建筑防火質檢人員的資質評定要求，因此施工單位應當設計一套較為完整的防火性能標記方法，即設計人員可聯合質檢人員和項目設計人員共同設計，施工人員結合施工設計對3h、2.5h 和2h 耐火極限的鋼結構構件分別噴涂長度為2cm 的紅、黃、藍色塊，對特殊鋼結構承重部位可進行特殊固定符合的記錄，從而幫助后期防火涂料涂抹施工進行厚度控制。

5 結語

綜上所述，本文從鋼結構防火環節中的防火涂料視角入手，重點對防火涂料的施工、選材、管理以及權責問題進行研究，分析防火涂料的防火性能與消防救援之間的關系，明確鋼結構建筑防火中的關鍵問題，并立足鋼結構建筑全面防火的視角，對鋼結構建筑全面防火的質量控制提出幾點優化檢驗，以期為后續鋼結構建筑施工和現有鋼結構建筑維護提供參考幫助。