建筑钢结构耐火设计方法

摘 要：钢结构本身没有可燃性，强度很高，抗震性能很好，同时能够有效防止结构变形，但是它也存在着一定的不足，这种结构的耐火性能相对较差的，其自身的承载能力会随着温度的身高而不断下降，所以在钢结构建筑设计中一定要重视耐火设计，只有这样才能进一步保证建筑的安全性和可靠性。本文主要论述了钢结构建筑耐火设计要点，希望能够给建筑设计人员提供一定的经验和借鉴。

关键词：钢结构；火灾危险性；耐火等级；耐火保护

1 引言

钢结构建筑具有很多优势，不仅能够减轻自然灾害给建筑带来的损伤，同时也能更好地确保建筑的强度，钢筋结构建筑在观感上也会给人非常好的印象，还能够更好地弥补钢筋混凝土结构在弯曲和拉伸能力上的一些不足，近几年来我国的工业水平有了很好的发展，所以在建筑结构的设计和建设中也得到了非常广泛的应用，但是钢材料最大的一个不足就是耐火性相对较差。以下就对钢结构的耐火设计要点进行详细的分析和阐述。

2 耐火设计要点

2.1 要依据建筑物的火灾危险性和重要性确定建的耐火级别

不同的建筑物在使用功能和重要性上都有着非常明显的差别，所以火灾的危险性也存在着非常明显的差异，在进行设计时首先要根据相关的规定和要求结合业主的需要来对建筑物火灾的危险性进行科学的划定，举例来说对于一个高度为60m的综合大楼来说，依照相关的规定属于是一级的建筑物，同时它的耐火等级也相对比较高，同时建筑物内的各个构件也应该达到其应有的耐火等级，对于厂房或者是库房来说，其构件的耐火等级都要在二级以上。

如果在设计工作中没有对耐火等级进行仔细的考量，不论耐火等级过高还是耐火等级过低都会造成一定的损失，只是这些损失体现在了不同的方面，如果耐火等级超过了建筑本身的设计要求就会造成资金上的浪费，增加了建设的成本，如果耐火等级达不到设计的要求就会导致建筑中存在着非常严重的不安全性。

2.2 在设计的过程中应该采取合理的钢结构耐火措施

钢结构的耐火措施具有很强的多样性，现在设计的过程中一定要根据不同的要求和具体情况采取适当的耐火措施，比如采用隔热或者是耐高温的材料来地域火焰对钢结构的直接冲击，减缓热量传递的速度，使得热量在传递的过程中不断减少，这样就可以有效的减少到达钢结构时热量的聚集，但是无论采用什么样的方法其自身的作用机制是大同小异的。

通常来讲，钢结构耐火材料应该具备以下几个特征：首先是安全可靠，无毒无害。其次这种材料本身要能够比较简单便捷地和钢构件相互融合；再次，在一定的火势范围内可以对建筑物起到非常有效的保护作用同时还要有一定的价格优势，这样才能将其广泛地应用在钢结构的设计和建设中；最后；要能够在钢建筑结构受到火灾的侵害时保温材料能够保证不会受到火势的影响而发生形变，这样才能更好地发挥对建筑结构的保护作用。

3 钢结构耐火的保护设计要点

3.1 外包层

也就是说要在钢结构的表层添加外包层，在进行外包层处理时可以选择两种方式，一种是现浇成型，另一种是直接喷涂，对于现浇成型的混凝土来说外包层的加强材料通常会选择钢丝网和钢筋等材料，这样能够更好地达到减弱混凝土的收缩和膨胀现象，从而更好地控制混凝土裂缝的产生，同时还可以更好地确保外壳的强度。喷涂法可以使用砂泵直接喷涂在钢筋混凝土的表层，具体的材料有很多种选择，可以选择石灰水泥，也可以选择石膏砂浆，还可以掺入一些珍珠岩材料，最后将其混合做成预制板，采用合适的方法将其固定在钢建筑结构上。

钢结构耐火石膏板与一般用的石膏板的区别是在其中加入了玻璃纤维。玻璃纤维在其中起增强作用，所用的面仍然是纸面，其耐火机理是利用石膏所含的大量结晶水吸热来降低温度，起到耐火的作用，初期由于纸面的燃烧有加强水势的趋势，但随着纸面燃烧的炭化后，耐火作用开始发挥。普通石膏板在耐火过程中随着结晶水的失去，逐渐变得松软没有强度，最后失去抵挡火焰的能力；而耐火石膏板由于其中加入了增强材料玻璃纤维，所以，在失去结晶水后依然可以挺立，抵挡火焰。特种耐火石膏板只是将两面的纸面，变成了玻璃纤维物。

3.2 充水（水套）

空心型钢结构内充水是抵御火灾最有效的防护措施。这种方法能使钢结构在火灾中保持较低的温度，水在钢结构内循环，吸收材料本身受热的热量。受热的水经冷却后可以进行再循环，或由管道引入凉水来取代受热的水。

3.3 屏蔽

钢结构设置在耐火材料组成的墙体或顶棚内，或将构件包藏在两片墙之间的空隙里，只要增加少许耐火材料或不增加即能达到耐火的目的。这是一种最为经济的耐火方法。

3.4 膨胀材料

采用钢结构耐火涂料保护构件，这种方法具有耐火隔热性能好、施工不受钢结构几何形体限制等优点，一般不需要添加辅助设施，且涂层质量轻，还有一定的美观装饰作用，属于现代的先进耐火技术措施。

3.5 钢管混凝土

钢管混凝土具有较好的耐火性能。试验研究表明，一定耐火极限条件下钢管混凝土柱所需的耐火保护层厚度均比5建筑设计耐火规范6规定的耐火保护层厚度小40%以上。当不采用厚涂型耐火涂时，可以采用其他更为经济的耐火保护火法：如采用配备筋钢管混凝土、钢纤维混凝土、双钢管混凝土或采用高强混凝土。经初步的经济性比较发现，它们比采用厚涂型耐火涂料要经济。

4 钢结构建筑疏散设计

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。。以浦东机场航站楼的耐火设计为例，该设计采取了以下措施：

4.1 耐火分隔。区分出火灾荷载大和火灾危险大的部位，分别用耐火极限不低于1.5h的楼板和耐火极限不低于2～3h的非燃烧体隔墙与周围大厅隔开。

4.2 各耐火单位内，均设置自动喷淋、火灾自动报警系统和机械排烟系统。第一层和第二层也设置了自动喷淋、火灾自动报警系统。第三层大空间内的每九条采光窗中，有一条靠底部火灾报警系统联动控制的可开启的自动排烟窗。

结束语

钢结构的建筑在城市的建设当中越来越多，所以建筑结构的安全性也成为了人们日益关注的焦点，由于钢材料自身的一些弱点，应该采取相关的措施防止因为这些弱点而出现严重的安全隐患，所以在钢建筑结构设计的过程中一定要重视耐火设计，这样才能更好地保证建筑不会受到火灾的严重威胁，更好地保证了建筑的安全性。

参考文献

[1]李国强.现代钢结构抗火设计方法[J].消防科学与技术，2002（1）.

[2]杜爽，庄惟敏.钢结构住宅的技术性探讨――以清华大学钢结构学生公寓为例[J].新建筑，2002（1）.