钢结构建筑防火措施探讨

摘要：钢结构建筑以其自身的优越性，必将改变由混凝土结构，砌体结构一统天下的局面。但与国外相比．我国钢结构建筑的发展相对滞后，而与钢结构建筑相匹配的相关规范、条例，规定和标准也起步相对较晚，尤其是针对钢结构建筑安全的防火规范更是相对滞后。文章对钢构件在火灾条件下的破坏机理进行了分析、论述，并从设计角度论述了钢结构建筑防火措施。

关键词：钢结构；火灾破坏；主动防火；被动防火

中图分类号： TU391 文献标识码： A 文章编号：

我国建筑的结构形式主要是以砖混结构、砖木结构和钢筋混凝土结构为主。对于钢结构建筑形式采用的相对较少。由于钢材具有不会燃烧、抗震、抗弯等特性。而且在实际应用中，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。相比于钢筋混凝土结构和砖混结构建筑在环保、节能、高效、工厂化生产等方面具有明显的优势。

然而，钢结构构件耐火极限低，耐火性能差。与其具有的优点相比，其缺点同样明显。钢结构设计中，结构工程师往往仅关 注于钢材的受力优势，而忽视了防火的相关设计，给建筑物在实 际使用过程中带来了安全隐患。近年来，美国“9- 11”以及央视 新址等火灾事件已经给建筑钢结构的设计敲响了警钟。

1我国钢结构建筑的发展现状

我国传统建筑都是采用混凝土结构或砌体结构。目前，我国钢产量已跃居世界首位，具备了发展建筑结构的必要物质基础。工业发达国家建筑业，基本建设用钢量一般占钢产量的30％以上，而我国建筑用钢量只占钢产量的20％左右。此外，我国钢结构建筑在整个建筑中所占的比例也很少。日本等发达国家，钢结构建筑要占整个建筑的50％以上，而我国只占5％不到。与国外相比，我国钢结构建筑的发展相对滞后，这就要求我们在钢结构建筑普及的同时，加大对相关规范、条例和标准的研究和制定步伐，争取在短期内与国外标准相协调。

2钢构件在火灾条件下的破坏机理

火灾发生时产生的热量是以辐射和对流的方式传给钢结构构件的，即使构件是不燃的，由于温度上升也会引起膨胀和强度的降低。根据实验建筑用钢(Q235、Q345钢等)在全负荷的情况下失去静态平衡稳定性的临界温度为540℃左右，钢材的力学性能随温度的不同而变化，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下降的，但在150℃以下时，变化不大；当温度在250~400℃时，钢材的屈服强度、抗拉强度和弹性模量开始显著下降，伸长率显著增大，钢材产生徐变；当温度在400~600℃时，钢材的屈服强度、抗拉强度和弹性模量都急剧降低，钢材的强度降低约50％~70％。实验证明：对于无保护层的钢构件，火灾发生10rnin时，表面温度达到416℃，经过15min温度达到609℃。由此可见，火灾发生后，钢结构很快就会达到其耐火极限。因此防火设计是钢结构的结构和构造设计过程中十分重要的一环。

3建筑钢结构防火保护方法研究

对钢结构采取防火措施，其目的就是将钢结构的耐火极限提高到设计规范规定的范围，防止钢构件在火灾中迅速升温发生形变塌落。本文以系统分析为手段，提出在建筑钢结构防火设计中，综合考虑主动防火和被动防火，根据不同构件的反应表现因地制宜，对关键构件进行复合保护，以达到安全及成本要求。

3.1 被动防火措施

疏导法和截流法

疏导法就是采取一定的措施，将钢结构中的热量导走或消耗掉，使构件温度不至于升高到临界温度，从而起到保护作用。疏导法目前采用的主要是充水冷却法。该方法是在空心封闭构件中(主要是柱)充满水，发生火灾时构件把从火场中吸收的热量传给水，依靠水的蒸发消耗热量或通过循环把热量导走，构件温度便可保持在100％左右。从理论上讲，这是钢结构保护最有效的方法。只要补充水源充足，维持足够水位，构件吸收的热量将不断地被耗掉或导走。冷却水可由高位水箱、供水管网或消防车来补充。

截流法与疏导法的目的，都是为了使构件在规定的时间温度升高不超过其临界温度。截流法是通过阻止热量向构件传输来达到目的，而疏导法允许热量传到构件上，再把热量导走来实现目的。

(2)防火涂料在钢结构防火中的应用

目前，钢结构防火涂料是钢结构防火保护的主要选材，按照其厚度可分为：厚涂型、薄涂型和超薄型钢结构防火涂料。但是钢结构防火涂料存在价位高、装饰性差等缺点。而且随着保护时间的增长，会使其综合性能下降，降低其防火能力。

(3)防火板材在钢结构防火中的应用

钢结构防火用板材分为两类，一类是密度大、强度高的薄板；一类是密度较小的厚板。防火薄板的特点是密度大，强度高，导热系数大，使用都度一般为6~15mm之间，主要用作轻钢龙骨隔墙的面板、吊顶板(又统称为罩面板)，以及钢梁、钢柱经厚型防火涂料涂覆后的装饰面板。防火厚板的特点是密度小，导热系数低，其厚度可按照耐火极限需要确定，大致在20~50mm之间。由于本身具有优良的隔热性，可直接用于钢结构防火，提高耐火极限。这类板材主要有轻质(或超轻质)硅酸钙防火板以及膨胀蛭石防火板两种。

(4)喷涂法和包封法的比较

喷涂法施工简便，无须复杂的工具即可施工，重量轻，而且不受构件的几何限制，特别适用于轻钢结构、网架结构和异形钢结构等，是目前使用最多的钢结构防火保护方法；包封法是用导热系数小、热容量大的防火板材或混凝土，对钢结构采取保护的措施。该方法由于施工复杂，适用范围较喷涂法小，使其应用得到了一定限制。但是它在某些方面比喷涂法具有独到的优势。随着国内外新型结构型防火板材的研制成功，包封法正逐步体现出自己的优势：耐火性能好，耐火极限高；性能稳定，持久可靠；安全性好；经济效益好。

（5）水喷淋法

水喷淋法是在结构顶部设喷淋供水管网，火灾时，会自动启动(或手动)开始喷水，在构件表面形成一层连续流动的水膜，从而起到保护作用。

3.2主动防火措施

(1)建筑物的防火安全设计

目前，钢结构建筑应用广泛，主要有民用建筑、高层建筑、工业厂房、库房等。在不同的建筑内，容易起火的部位不同，火灾和烟气的蔓延规律也有很大的差别。因此，火灾安全的要求重点也有所区别，应根据钢结构建筑使用特点来确定钢结构的防火安全要求。一般进行建筑防火安全设计中需考虑如下问题：根掘建筑物使用中的火灾危险性采取相应的耐火等级的建筑结构，以及设置适宜的防火分隔；建筑物内部设置适当的火灾探测报警、自动灭火、防烟排烟等设备，并综合考虑与室内通风、取暖、空调及其它电气设备的搭配等。

(2)火灾探测报警技术

火灾探测报警系统包括探测器和报警控制器两大基本部分。根掘所探测的火灾参数的不同，火灾探测器划分为感温、感烟和感光(火焰)、气体和复合式等几种型式。

(3)烟气控制技术

建筑物发生火灾后，有效的烟气控制是保护人们生命财产安全，减少进一步损失的重要手段。控制烟气一般有两种方式：挡烟和排烟。很多大规模的建筑，其烟气控制往往是几种方法的有机结合。排烟形式的合理与否，不仅关系到烟气控制的效果，还有很大的经济意义。

4结语

目前，高层钢结构建筑日趋增多，尤其是一些超高层建筑，采用钢结构材料更为广泛。高层建筑一旦发生火灾事故，火就不能在短时间内扑灭，这就要求在建筑设计时，要加大对建筑材料的防火保护，以增强其耐火极限，并在建筑内部制订必要的应急方案，以减少人员伤亡和财产损失。随着新材料、新工艺的不断出现，钢结构防火措施一定会做得更好。

参考文献：

[1] GB50016-2006，建筑设计防火规范[s]．

[2] 刘新，时虎．钢结构防腐蚀和防火涂装[M]．北京：化学工业出版社。2005．