浅谈钢结构建筑的防火

浅谈钢结构建筑的防火

摘要：从钢结构的性能出发，阐述了设计和施工两个方面应该如何做好钢结构的防火。

关键词：钢结构、防火、耐火极限、喷涂

钢材是一种不会燃烧的建筑材料，它具有抗震，抗弯等特性。在实际应用中，钢材既可以相对增加建筑物的荷载能力，也可以满足建筑设计美感造型的需要；还避免了混凝土等建筑材料不能弯曲，拉伸的缺陷。因此钢材受到了建筑行业的青睐，单层，多层，摩天大楼，厂房，库房，候车室，候机厅等采用钢材都很普遍。但是，钢材作为建筑材料在防火方面又存在一些难以避免的缺陷，它的机械性能，如屈服点，抗拉及弹性模量等均会因温度的升高而急剧下降。

首先我们来分析一下钢结构建筑的火灾特点。钢结构建筑的梁、柱、屋架是建筑的骨架，它的安全性直接关系到整幢建筑的安全，它们大都采用钢材，钢材虽然是不燃材料，但其耐火性能很差，随着温度的变化，其力学指标会发生很大的改变，承载力和平衡稳定性会随温度升高而大幅度下降。钢结构在温度达到350℃、500℃、600℃时，其强度分别下降1／3、1／2、2／3，在高温条件下其内部应力也会发生改变，使钢结构承重体系出现问题，按理论计算，在全负荷下，钢结构失去平衡稳定性的临界温度为500℃，一般火场温度都在800℃－1000℃左右，在这样的高温条件下，无任何保护的钢结构很快就会出现塑性变形，大约15分钟内就会倒塌。2002年9月11日，美国纽约的世界贸易大厦在恐怖袭击中倒塌，导致300多名消防队员无辜丧生。飞机满载燃油撞击大楼后，造成大楼承重的钢结构筒体的保护层被破坏，在强烈的高温作用下，钢结构筒体承载强度迅速下降，短短20分钟后这个世界上最著名建筑就消失在我们面。2003年我国青岛市的正大食品厂钢结构厂房发生特大火灾，造成厂房大面积倒塌，很多工人葬生火海；1972年天津市体育馆发生火灾，致使屋顶坍塌，造成巨大人员伤亡。这些众多的火灾案例都暴露出了钢结构建筑存在的一个致命弱点就是耐火性极差，这就给我们广大建筑设计人员提出了一个新的课题，怎样才能做好钢结构建筑的防火设计，使钢结构建筑更好地服务于我们的经济建设。

如何才能做好钢结构建筑的防火设计呢？我认为应该做到以下三个方面：

一、根据建筑物的火灾危险性和重要性，合理确定建筑的耐火等级。各种建筑由于其使用功能和重要性的不同，火灾危险性存在差异，我们设计时要根据业主提供的建筑要求，根据《建筑设计防火规范》和《高层民用建筑设计防火规范》，确定建筑物的火灾危险性，再根据火灾危险性，确定建筑的耐火等级，比如一个60米高的综合楼，根据《高规》其属于一类高层建筑，它的耐火等级应为一级，其梁、柱、屋顶承重构件的耐火极限应分别不低于2小时、3小时、1.5小时，如果我们在设计时没有正确核定耐火等级，确定的耐火等级过高或过低，都会造成我们设计失误，过高造成浪费，过低则造成不安全。

二、设计时要选用恰当的钢结构防火保护方法。目前我国钢结构主要采用三

种保护方法：喷涂法、包敷法、水淋冷却法，它们都是通过一定的技术手段来提高钢结构的耐火极限。具体而言，喷涂法就是在钢结构表面涂上一层防火涂料，形成一个保护膜，从而提高建筑构件的耐火极限，它有厚型和薄型之分，不同厚度的涂层其耐火极限不同；包敷法是采用砖、混凝土、硅钙板等材料将钢结构包裹，从而形成保护层，提高构件耐火极限；水淋冷却法是在钢结构上部布置自动喷淋系统，发生火灾时，启动喷淋在钢结构表面形成一层连续的水膜，达到保护作用。我们在设计时，要根据不同建筑对构件耐火极限的要求，通过科学比较，选出最恰当的防火保护方法，达到经济和安全要求。

三、钢结构建筑设计时要充分考虑人员疏散问题。由于钢结构建筑自身存在的弱点，我们在设计时要充分考虑人员疏散的因素，将人员密度指标和钢结构建筑的特点综合起来考虑，加强对安全疏散路线、疏散距离、疏散宽度的设计要求，保证人员疏散时间小于建筑构件的耐火极限，确保火灾时人员能安全逃生，避免群死群伤火灾事故的发生。

除了设计时候要考虑以上原因外在施工的时候还要考虑施工作业的一些因素影响钢结构的防火功能。

防火机理

厚型钢结构防火涂料又称非膨胀型防火涂料,主要成分为无机绝热材料,呈现粒状面,密度较小,涂层受热不膨胀,由于其自身具有良好的隔热性,因而也叫隔热性防火涂料。其防火机理是利用涂层固有的良好绝热性,阻止火灾热量向钢材传递,并且在高温下形成一种结构致密的釉状物,能有效隔绝氧气并具有反射热量作用,延缓钢结构温升,起到防火保护作用。

薄型和超薄型钢结构防火涂料又称膨胀型防火涂料,主要由基料、脱水剂、成碳剂和发泡剂等组成,当温度升高到一定程度的时候,脱水剂促使多羟基化合物脱水碳化,在发泡剂分解释放出的大量气体作用下,涂层发生膨胀,膨胀倍数可达十几倍甚至几十倍,形成致密的泡沫状炭化隔热层,从而阻止热量向钢结构传递,起到防火保护作用。

鉴于钢结构防火涂料的特殊性质，其涂刷质量与防火效果有着必然的联系，因此，笔者以超薄型钢结构防火涂料为例，在喷涂施工工艺及技术要点上与大家再详细的说明一点。

喷涂施工机具选用及操作要求：喷枪宜选用重力或涂料喷枪，喷嘴口径宜为4~6mm，最好采用口径可调的喷枪。空气压力宜控制在0.4~0.6Mpa。喷涂时

喷枪距离钢基材表面距离适中，约为20~30cm太远则影响涂料的粘接力，太近则喷出的涂料易反弹回来，造成损失。喷枪同需喷涂的钢构件表平面应倾斜成一定角度宜为45°左右。严禁远距离喷涂防火涂料，以免影响涂层同基层之间，涂层同涂层之间的粘接力，造成涂层粘接不牢而脱落影响防火涂料喷涂的施工质量。

2.钢结构防火涂料喷涂间隔及角度控制：防火涂料喷涂施工必须要分遍成活，每一遍喷涂需在上一遍涂层完全干燥固化后方可进行。在施工环境通风良好，相对湿度不大于90%，天气晴好的情况下，重涂间隔24~48小时即可。当风速大于5m/s，相对湿度大于90%；雨天或钢结构表面有结露时，若无其他特殊措施，不宜进行喷涂施工。正进行喷涂作业为避免单遍涂层过厚而导致流坠，影响整遍涂层的干燥固化及整个防火涂层的质量和美观，单遍涂层的喷涂厚度不得超过1.5mm，操作者必须随身携带测厚针，进行测定。确保单遍涂层不超过1.5mm，并使上述施工方法，循环反复，直至达到设计规定的厚度要求。

3、喷涂构件的阳角时，可先由端部自上而下或自左而右垂直基面喷涂，然后再水平喷涂，喷涂阴角时，不要对着构件角落直喷，应当先分别从角的两边，由上而下垂直先喷一下，然后再水平方向喷涂；垂直喷涂时，喷嘴离角的顶部要远一些，以便产生的喷雾刚好在交的顶部交融，不会产生流坠；喷涂梁底时，为了防止涂料飘落在身上，应尽量向后站立，喷枪的倾角度不宜过大，以免影响出料。喷嘴在使用过程中若有堵塞，需用小竹签疏通，以免出料不均匀，影响喷涂效果，喷枪用毕立即用水或稀释剂清洗。

钢结构防火喷涂保护应由经过培训合格的专业施工队施工，或者由研制该防火涂料的工程技术人员指导施工，以确保工程质量。

结束语：要很好的处理好钢结构的防火问题设计和施工两个方面都不能忽视。