钢结构防火原理的介绍以及钢结构防火的方法分析

【摘要】钢结构建材由于具有强度高、塑性好、重量轻等优点，越来越广泛的应用于各类建筑行业之中。但是，钢结构却有着防火性能差的缺点。鉴于这一点，笔者通过对钢结构防火原理的分析，针对钢结构本身特点进行分析，阐述了目前钢结构防火的集中有效方法，就防火设计中的一些问题进行研究和讨论。

【关键词】钢结构；防火；原理；方法

钢结构本身具有许多其他建材无法比拟的性能优势，既拥有超强的强度，又具有良好的可塑性，因此在建筑行业中得到了十分广泛应用。钢结构本身虽然不能够燃烧，但是，钢结构本身温度的升高却会使其强度下降而造成建筑损坏。因此，钢结构的防火问题是关系到建筑的安全和使用的重大问题。

1 防火原理

钢材的强度会随着温度的升高而下降，当其温度达到600℃时，它的强度几乎为零，因此，这时候的钢材可以说是失去了承载能力，而在全负荷下，钢结构失去稳定的临界温度是500℃左右。然而，在发生火灾时，火灾现场的温度可以再几分钟使劲内迅速升至800℃，远远超过了钢结构的承受能力，在这样的情况下，钢结构很快就会因高温而变形，最终导致整体建筑结构的倒塌。一般来说，没有任何保护措施的钢结构，其耐火极限约在15分钟左右，而防火保护，目的就是讲钢结构的防火极限提升到设计规定范围内，以保证钢结构的安全性能。由于钢材的导热系数大，因此在火灾发生时，产生的热量传递至钢结构，使钢结构表面受热的同时，构件内部也会受到热量传递形成于钢结构表面相差无几的高温，在这种情况下，结构的承载能力降低甚至完全丧失，从而导致建筑结构坍塌。综上所述，钢结构防火的原理只有一个，那就是在钢结构表面利用耐高温或者防火涂层阻隔火焰，使热量的传递速度降低，从而延长钢结构的耐火极限时间。

2 防火保护措施

目前钢结构防火措施有许多种，归纳起来分为两大类：截流法和疏导法。

截流法是通过采取一定的措施，阻隔热量向钢结构传播，从而延长钢结构达到临界温度的时间。通常情况下是在钢材表面设置一层保护材料，火灾发生时，高温先传给这层保护材料，然后再通过保护保护材料传至钢结构，这样既有效降低了高温强度，又延长了钢材的受热时间。

疏导法则允许热量直接传至钢材，然后再采用一定方法将热量进行疏导，或者消耗掉，以此来延长钢结构达到临界温度的时间。目前采用疏导法的有水领取额保护法。该方法是在空心钢结构中充满水，形成水网，在发生火灾时，高温可通过钢结构传至里面的水，通过水的蒸发来实现散热，从而将结构温度控制在100℃左右。从理论上讲，这种方法对于控制温度、保护钢结构是最有效的。然而在实际的操作中该方法存在着许多问题。例如，充水的钢结构自重增加，需要重新计算钢结构所能承受的强度；水会使钢结构生锈，因此必须在水中添加防锈添加剂；北方像新疆冬天寒冷，还需要进行防冻措施等。因此，这种方法实际上使用很少。

目前得到广泛应用的截流法主要有三种：

2.1 表面包覆防火板

防火板包覆是应用比较早的钢结构防火保护方法之一，早期使用的防火板材主要是珍珠岩板、硅石混凝土板、石膏板和石棉水泥板，板材通过水泥砂浆灌缝使其与钢结构固定，或用树脂粘合、也可用螺丝或钉子固定。这些传统防火板材虽然能一定程度上延长钢结构达到临界温度的时间，但是由于材料性能的局限性和缺陷等原因，该方法还是存在许多不足。

2.2 表面包覆混凝土

一般来说，厚度为120的普通粘土砖，耐火极限可以达到3小时左右；在钢结构表面用普通混凝土覆盖，混凝土既可参与工作，也可以只起到保护作用。厚度为100的混凝土，耐火极限为3小时左右。此外，还可以用加气混凝土或者陶粒混凝土防护，可以现浇也可以预制成砌块，都具有十分理想的防火效果。然而，以上这两种方法由于在很大程度上加大了钢结构的自重，容易造成钢结构承受能力的下降，在钢结构自身的维护方面也造成了许多问题，因此，这两种方法都不适合用在钢结构防火上。与之相比，采用防火涂料更为简便、合理。不需要复杂的施工程序，也无需受到钢结构几何造型的限制，施工简便造价低。

2.3 采用膨胀性防火涂料或隔热涂料

在钢结构表面涂上一层防火涂料，在发生火灾时，防火涂料能阻隔热量的传递，从而降低钢材表面的温度，延长钢结构达到临界温度的时间，从而起到保护钢材的作用。

2.3.1 厚型钢结构防火涂料

薄行钢结构防火涂料是指涂层厚度为8~50的防火涂料，耐火极限一般为0.5h~3h。发生火灾时，涂层布产生膨胀，而是依靠本身的低导热性、不燃性阻隔热量，使钢结构升温速度延缓，以保护构件性能强度不被损坏。目前国内厚型钢结构防火涂层的使用十分普遍，在结构完整为损坏的情况下，防火效果一般不会随着时间的推移而流失。

2.3.2 薄型钢结构防火涂料

薄型钢结构防火涂料指的是厚度在2～7之间的防火涂层，其组成一般是选用合适的水性聚合物为基料，再配以阻燃剂复合体系、耐火纤维、防火添加剂等组合而成。该涂料对水性聚合物的性能有很高要求，一般要求其对于钢材具有良好的附着性、耐水性和耐久性。耐火极限一般在2小时左右，与厚型钢结构涂料相比具有较好的装饰性能，但是由于性能弱于超薄型防火涂料，因此，在超薄型防火涂料出现之后，它的市场份额逐渐被取代。

2.3.3 超薄型钢结构防火涂料

该类防火涂料弧度小于3，一般为溶剂型，具有黏结性强、流动性好、耐水性强、装饰性好等优越性，在火灾发生时，高温会促使其发生膨胀，从而形成坚硬致密的保护层。该保护层耐火冲击性强，能够有效延缓钢材的升温，从而保护钢结构性能不受损坏。超薄型钢结构防火涂料一般采用喷涂或刷涂，施工难度低和成本低。该防火涂料的耐火极限一般在2小时左右，目前国外已经出现了耐火极限在2小时以上的超薄型钢结构防火涂料。由于其较于厚型钢结构防火涂料和薄型钢结构防火涂料所具有的明显优势，目前超薄型钢结构防火涂料已经成为建筑行业普遍使用的材料和消防部门大力推广的安全材料，是当今乃至未来社会中都很有发展前途的一类产品，通过设计、生产、监理、检验机构、消防监督等部门共同努力，共同促进防火涂料领域的健康、快速发展。

2.3.4 矿物棉防火隔热涂料

我国目前在矿物棉防火涂料领域还处在空白阶段，该类防火涂料由于可起到增强涂层强度的作用，可应用于常受到震动的建筑物或者地震多发地区，在有效增强安全系数的同时，还具有吸音、防火等功能。矿物棉类钢结构防火隔热涂料的主要构成物质是矿物棉，一般采用水泥进行粘合，采用干法喷涂进行施工。与湿法喷涂施工相比，该方法具有管道输送阻力小、输送高度高、施工后管道干净无需进行复杂清洗、涂层密度小重量轻、从而能减少钢结构的负重等众多优点。因而，这是一项很好的防火材料。

3 结语

钢结构技术在不断提高和改善，其应用范围也越来越广，如此一来，钢结构的防火性能问题就成了关乎人民生命财产安全的重大问题，采取各种措施提高钢结构的防火性能有利于提高钢结构的稳定性和建筑物的安全性。因此，加强对钢结构防火保护的研究，从而开发出更好的防火保护方法或技术，对于建筑行业来说是一项长远的事业。

参考文献：

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[2]奚洪波.浅谈钢结构防火的方法.[J].科技资讯.2010（21）：38-39

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