浅谈钢结构防火的几种方法

浅谈钢结构防火的几种方法

徐州纵横钢结构工程有限公司李明

钢结构是现代建筑工程中较普通的结构形式之一。我国是最早用铁制造承重结构的国家,但由于封建制度几多年的的束缚，科学不发达，因此，长期停留于铁制建筑物的水平。直到19世纪末，我国才开始采用现代化钢结构及空间网架结构。

1. 钢结构的优点。

1.1钢结构的重量轻，虽然钢的比重大，但因其机械性能很好，可以承受较大的荷载，故钢结构件截面尺寸小，同样跨度同样荷载时，钢屋架的重量最多不过钢筋混凝土屋架的1/4或1/3。

1.2. 钢材材质均匀，与力学计算的假定比较符合，钢材内部组织比较均匀，按近于各向同性体，而且在一定的应力幅度内几乎是完全弹性的。因此，钢结构的实际受力情况比较符合建筑力学计算的假定。

1.3. 钢结构制造机械化程度高。钢结构具有某种程度的技术密集型性质，钢结构所用的材料单一，加工简便，机械化程度高（以机械加工为主），加工迅速，容易保证质量，适宜于成批大量生产，从构件的工厂加工到现场吊装，工业化程度大大高于具有劳动密集性质的现浇钢筋混凝土结构。

1.4. 钢结构安装施工简便。纲结构由专业化的金属构件厂生产构件(梁、屋架、柱等)，在工地上用电焊或螺栓(或高强螺栓)连接起来，便于对施工质量进行检查控制，施工安装简便迅速，提高施工速度。

而且，螺栓连接的钢结构便于改造拆迁。

1.5. 钢结构在平面布局上的灵活性，同时能提供大跨度、大空间则是另一重要特点。在信息时代的今天，对室内平面，空间和内部设施的要求更加严格了。原先的布局和设备，不久就可能变成不太适用或完全不适用，钢结构的大跨度、大空间却可为平面重新布局提供更大的可能性。

1.6抗震性能好：由于钢结构属于柔性结构、自重轻，因而能有效地降低地震响应及灾害影响程度，极有利于抗震。我国是一个多地震区国家，在地震区建筑中应多多推广应用钢结构，必可大大减少地震灾害和人员伤亡。

上面讲了钢结构这么多优点，但却有一个致命的缺点：不耐火。钢材虽然是不燃材料，但在火灾高温作用下，其力学性能如屈服强度、弹性模量等却会随温度升高而降低，在550℃左右时，降低幅度更为明显，一般在15分钟左右就会丧失承重能力而垮塌。国内外钢结构建筑物的火灾案例都证明，发生火灾后20分钟以内就把建筑物烧垮，最后形成一片废墟。如美国911事件中倒塌的世贸大厦，就是因为飞机燃油引发的大火，使这座全钢结构的大楼在瞬间由于钢结构的高温失效而倒塌。

2. 钢结构的耐火保护方法。

由于钢结构耐火性能差，在火灾高温作用下很快失效倒塌，耐火极限仅15分钟，若采取措施，对钢结构进行保护，使其在火灾时温度升高不超过临界温度，钢结构在火灾中就能保持稳定性，对钢结构

采取的保护措施，从原理上来讲，主要可划分为两种：截流法和疏导法。

2.1. 截流法

截流法的原理是截断或阻滞火灾产生的热流量向构件的传输，从而使构件在规定的时间内温升不超过其临界温度。其作法是构件表面设置一层保护材料，火灾产生的高温首先传给这些保护材料，再由保护材料使给构件。由于所选材料的导热系数较小，而热容又较大，所以能很好地阻滞热流向构件的传输，从而起到保护作用。截流法又分为喷涂法、包封法、屏蔽法和水喷淋法。

2.1.1. 喷涂法

喷涂法是用喷涂机具将防火涂料直接喷在构件表面，形成保护层。钢结构防火涂料按所使用的胶粘剂的不同可分为有机防火涂料和无机防火涂料两类，按涂层厚度分为薄涂型和厚涂型两类，薄涂型钢结构涂料涂层厚度一般为2～7mm，有一定装饰效果，高温时涂层膨胀增厚，具有耐火隔热作用，耐火极限可达0.5～1.5小时，这种涂料又称纲结构膨胀防火涂料。厚涂型钢结构防火涂料厚度一般为8～20mm，粒状表面，密度较小，导热系数低，耐火极限可达0.5～3.0小时，这种涂料又称钢结构防火隔热涂料。

钢结构防火涂料的防火原理有三个：一是涂层对钢基材起屏蔽作用，使钢结构不至于直接暴露在火焰高温中。二是涂层吸热后部分物质分解放出的水蒸汽或其他不燃气体，起到消耗热量、降低火焰温度和燃烧速度、稀释氧气的作用。三是涂层本身多孔轻质和受热后形成

碳化泡沫层，阻止了热量迅速向钢基材传递，推迟了钢基材强度的降低，从而提高了钢结构的耐火极限。

薄涂型钢结构防火涂料的主要品种有：LB、SG—1、SB—2、SS —1钢结构膨胀防火涂料。厚涂型钢结构防火涂料主要品种有：LG 钢结构防火隔热涂料、STI—A、JG276、ST—86、SB—1、SG—2钢结构防火涂料等。

在喷涂钢结构防火涂料时，喷涂的厚度必须达到设计值，节点部位宜适当加厚，当遇有下列情况之一时，涂层内应设置与钢结构相连的钢丝网，以确保涂层牢固。

——承受冲去振动的梁

——设计层厚度大于40mm

——粘贴强度小于0.05MPa的涂料

——腹板高度大于1.5m的梁

喷涂法适用范围广泛，施工方法简单，可用于任何一种钢构件的耐火保护，目前国内大部分钢结构建筑均采用此种方法。

2.1.2. 包封法

包封法就是在钢结构表面做耐火保护层，将构件包封起来，其具体做法有：

2.1.2.1. 用现浇混凝土作耐火保护层。所使用的材料有混凝土、轻质混凝土及加气混凝土等。这些材料既有不燃性，又有较大的热容量，用作耐火保护层能使构件的升温减缓。由于混凝土的表层在火灾高温下易于剥落，可在钢材表面加敷钢丝网，进一步提高其耐火的性

能。

2.1.2.2. 用砂浆或灰胶泥作耐火保护层。所使用的材料一般有砂浆、轻质岩浆、珍珠岩砂浆或灰胶泥、蛭石砂浆或石灰胶泥等。上术材料均有良好的耐火性能，其施工方法常为金属网上涂抹上述材料。

2.1.2.

3. 用矿物纤维。其材料有石棉、岩棉及矿渣棉等。具体施工方法是将矿物纤维与水泥混合，再用特殊喷枪与水的喷雾同时向底子喷涂，构成海绵状的覆盖层，然后抹平或任其呈凹凸状。上述方式可直接喷在钢构件上，也可以向其上的金属网喷涂，且以后者效果较好。

2.1.2.4. 用轻质预制板作耐火保护层。所用材料有轻质混凝土板、泡沫混凝土板、硅酸钙成型板及石棉成型板等等，其做法是以上述预制板包覆构件，板间连接可采用钉合及粘合。这种构造方式施工简便而工期较短，并有利工业化。同时，承重(钢结构)与防火(预制板)的功能划分明确，火灾后修复简便且不影响主体结构的功能，因而具有良好的复原性。

这几种方法相对来讲施工比较复杂，主要缺点是增加钢结构荷载，同时不能用于钢网架结构，因此钢结构生产厂家使用较少。

2.1.

3. 屏蔽法

屏蔽法是把钢结构包藏在耐火材料组成的墙体或吊顶内，在钢梁、钢屋架下作耐火吊顶，火灾时可以使钢梁、钢屋架的升温大为延缓，大大提高钢结构的耐火能力，而且这种方法还能增加室内的美观，但要注意吊顶的接缝、孔洞处应严密，防止窜火。