如何防止火灾中大跨度钢结构厂房跨塌

随着我国经济建设的迅猛发展，企业生产仓储用房日趋大型化，而钢结构骨架建造的厂房，因具有质量轻、强度高，抗震性能好，施工周期短，建筑产业化程度高，空间利用率大，节省投资等优点，而被投资者大量应用。钢材虽是一种不燃烧的材料，却是热的良导体，极易传导热量，在未进行防火处理的情况下，火灾时强度会迅速下降，出现塑性变形，产生局部损坏，造成钢结构整体倒塌失效。此类钢结构建筑还存在空间大，火势蔓延快，设备、职员密集，疏散困难等特点，一旦发生火灾，常用的自动消防设施很难发挥预期作用，职员疏散和灭火救援难度较大，有造成群死群伤的潜伏危险。从建筑设计施工的初期阶段采用公道的预防措施，以避免和减少钢结构在火灾中整体跨塌，就显得尤为重要。

一、钢结构火灾时的理化性能

建筑用钢（Q235、Q345钢等）在全负荷的情况下失往静态平衡稳定性的临界温度为540℃左右。钢材的机械性能随温度的不同而有变化，当温度升高时，钢材的屈服强度，抗拉强度和弹性模量的总趋势是降低的，但在150℃以下时变化不大。当温度在250℃左右时，钢材的抗拉强度反而有较大进步，但这时的相应伸长率较低、冲击韧性变差，钢材在此温度范围内破坏时常呈脆性破坏特征，称为“蓝脆”。如在“蓝脆”温度范围内进行钢材的机械加工，则易产生裂纹，故应力求避免。当温度超过300℃时，钢材的抗拉强度、屈服强度和弹性模量开始明显下降，而伸长率开始明显增大，钢材产生徐变；当温度超过400℃时，强度和弹性模量都急剧降低；到500℃左右，其强度下降到40％～50％，钢材的力学性能，诸如屈服点、抗压强度、弹性模量以及荷载能力等都迅速下降，低于建筑结构所要求的屈服强度。我国20世纪90年代初对裸露钢梁的耐火极限进行了验证，确认了I36b、I 40b标准工字钢梁的耐火极限分别为15min、16min（钢梁内部达到临界温度：均匀温度538℃，最高温度649℃）。因此，若用没有防火保护的普通建筑用钢作为建筑物承载的主体，一旦发生火灾，则建筑物会迅速坍塌，对人民的生命和财产安全造成严重的损失。

二、钢结构厂房的防火措施

通过对钢结构火灾时的理化性质数据查询统计，解决好钢结构抗高温能力是预防和减少火灾时大跨度建筑跨塌危险的有效途径。解决好钢结构的抗高温能力，可以运用“此消彼长”的原理，从进步钢结构耐火极限以和迅速降低火场温度两方面考虑。

1、阻隔温度，进步钢结构耐火极限

我国的钢结构防火主要采用防火涂料、发泡防火漆和外包防火层等方法。

⑴防火涂料法

防火涂料法就是在钢结构上喷涂防火涂料以进步其耐火极限。目前，我国钢结构防火涂料主要分为薄涂型和厚涂型两类，即薄型（Ｂ类，包括超薄型）和厚型（Ｈ类）。薄型涂层厚度在7mm以下，在火灾时能吸热膨胀发泡，形成泡沫状炭化隔热层，从而阻止热量向钢结构传递，延缓钢结构温升，起到防火保护作用；厚型涂层厚度为8-50mm，涂层受热不发泡，依靠其较低的导热率来延缓钢结构温升，起到防火保护作用。两者具有不同的性能特点，分别适用于不同场合：①室内裸露钢结构、轻型屋盖钢结构及有装饰要求的钢结构，当规定耐火极限在1.5h及以下时，宜选用薄涂型钢结构防火涂料。

②室内隐蔽钢结构、高层全钢结构及多层厂房钢结构，当规定其耐火极限在1.5h以上时，应选用厚涂型钢结构防火涂料。

⑵发泡防火漆法

防火漆是由成膜剂、阻燃剂、发泡剂等多种材料制造而成的一种阻燃涂料。防火漆与一般油漆相比，在物理性能方面基本一样，不同的是它干燥以后，漆膜本身不易燃烧，遇火时，能推迟火焰延烧到涂漆的可燃物上，具有一定的防火性能。据试验：将一般油漆与防火漆分别涂在木板上，干燥后，用同样的火焰烘烤，涂一般油漆的木板，不到２分钟就和油漆一道焦灼；而涂非膨胀惰气型防火漆的木板，２分钟后仅出现阴燃现象，静置３０秒后立即熄灭；涂膨胀惰气型防火漆的木板，即使烘烤１５分钟，连阴燃现象也未出现。由此可见，用防火漆涂于物体表面，一旦发生火灾，的确能在定时间里阻止火势蔓延，保护物体表面，从而为灭火战争取宝贵的时间。

⑶外包防火层法

外包防火层法就是在钢结构外表添加外包层，可以现浇成型，也可以采用喷涂法。现浇成型的实体混凝土外包层通常用钢丝网或钢筋来加强，以限制收缩裂缝，并保证外壳的强度。喷涂法可以在施工现场对钢结构表面涂抹砂泵以形成保护层，砂泵可以是石灰水泥或是石膏砂浆，也可以掺进珍珠岩或石棉。同时外包层也可以用珍珠岩、石棉、石膏或石棉水泥、轻混凝土做成预制板，采用胶粘剂、钉子、螺栓固定在钢结构上。外包防火层法通常应用于钢柱。

随着技术发展，用防火板作保护层技术越来越完善，应用越来越广。防火板钢结构防火保护主要用于耐火等级为一、二级的建筑物的钢柱、梁、楼板和屋顶承重构件，设备的承重钢框架、支架、裙座等钢构件进行包覆和屏蔽，以阻隔火焰和热量，降低钢结构的升温速率，将钢结构的耐火极限由0．25h提升到设计规范规定的耐火极限。

2、迅速排烟，降低火场温度

一般室内火灾的自然发展过程大体分成三个主要阶段，即：初期增长阶段、充分发展阶段及衰减阶段。

灾发展的初期增长阶段，随着放出热量迅速增多，在可燃物上方形成温度较高、不断上升的火羽流。当羽流受到房间顶棚的阻挡后，便在顶棚下方向四面扩散开来，形成了沿顶棚表面平行活动的较薄的热烟气层，达到了一定厚度时又会慢慢向室内中部扩展，不久就会在顶棚下方形成逐渐增厚的热烟气层。当火灾达到充分发展阶段，热烟气层的温度与中心温度相差无几。

假如室内有通向外部的开口（如门和窗），则当烟气层的厚度低于开口的上沿高度时，烟气便可由此流到室外。开口便起着向外排烟的作用。在建筑火灾的发展过程中，烟气的排放相当重要，烟气排放速率的大小决定着烟气层高度的变化情况。当排放速率大于烟气的产生速率时，烟气层的高度会逐渐升高，终极保持在对人没有威胁的高度。

在建筑防排烟工程中，常用的三种方式是：自然排烟、机械加压送风防烟和机械排烟。自然排烟和机械排烟是控制烟气下降的常用方法，在实际应用中多采用前者，与机械排烟相比自然排烟有其自身的优点。一是无大的动力设备，运行维修用度也少，且平时可兼作换气用；二是在顶棚开设排烟口，自然排烟效果好。

三、结论

设计施工中对大跨度建筑钢结构进行防火处理和在顶部结合采光、透风设置有效排出建筑内的高温烟气自然排烟窗可以有效的增强钢结构的耐火极限，防止火灾中钢结构屋顶整体跨塌，有利于灭火救援、职员疏散、疏散物资财产和建筑结构安全。