浅谈建筑钢结构的耐火性

摘要： 建筑钢结构相较传统混凝土结构和砌体结构自身具备质轻、抗震、稳定等优势，同时可以对施工期适当缩短减少成本；造价较低、材料可回收等特点也符合当下节能建材的要求。但钢结构建材唯一的缺点就是耐火性相对差，此点严重阻碍了该结构的发展；目前如何提高钢结构的耐火性成为建筑界关注的问题之一。

Abstract: Compared to traditional concrete and masonry structure, the steel structure has lightweight, seismic, stability and other advantages, and can shorten the construction period and reduce costs. The low cost, recyclable materials and other characteristics adapt to the requirements of the current energy-saving building materials. But the only drawback is that the refractory nature of steel building materials is relatively poor, which has seriously hindered the development of the steel structure. Now how to improve the refractory nature of steel structure has become the problem of the building industry.

关键词： 耐火性；建筑钢结构；高温变形

Key words: refractory nature；construction steel structure；high temperature deformation

中图分类号：TU39文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）22-0101-01

1建筑钢结构自身耐火性分析

建筑钢结构以诸多优点被广泛应用于现代建筑中，同时还具有材料回收、再生等节能环保属性，近年来钢结构建筑已经成为建筑重点推广项目之一。在具有诸多优点的钢结构自身同样还具有一个致命的缺点便是耐火性较差，在一定高温的情况下荷载能力会急速下降。以美国世贸大楼在遭到恐怖袭击时的严重火灾为例，仅30分钟的时间建筑物便轰然倒塌，该建筑耗材达7.8万吨钢材，死亡人数和经济损失情况极大。而就钢结构本身的耐火性来讲完全取决于钢材，虽然钢材本身不会燃烧且耐热性也较好，在200°C内基本不会有太大变化；一般钢材在450°C-550°C之间强度下降，随着温度的上升达到600°C时钢材强度不足以承受原有荷载，上升为650°C时随时有可能发生坍塌等情况。火灾现场的周围环境温度可很快升至1000°C，此时钢结构已经完全丧失性能。

实验室数据表明一般用钢结构的耐火性能极限为30min，而在国家规定的《建筑设计防火规范》(GB50045-95)要求耐火等级建筑的防火墙、承重墙、楼道间墙、梁等重点承重的耐火极限最小应为2h，就钢材本身的耐火性来看，远远达不到此标准，于是人们开始期盼一种耐火性能较强的钢材诞生。随着需求的产生在国外一些专家通过开发和实验利用Mo、Nb等金属元素的添加，可以提高钢材本身抗高温强度，降低钢材S、P含量且提高韧性并改善性能上的不均匀，开发出耐火性为600°C+的建筑耐火用钢，现在已在普遍使用。虽然耐火钢本身的耐火性相较普通钢材有很大的提高，但要想达到规定耐火极限在提高钢材本身耐火性的同时还应该做适当外部防护处理。

2现有基础上对耐火性的增加改良

根据钢结构本身耐火性差的缺点，在开发耐火钢的同时也要在防火措施下一定的功夫。钢材本身不耐高温，升温达到一定限度变形在所难免。一般钢材的耐火性在发生火灾时根本不足以抵抗，耐火钢虽然本身耐火性比一般钢材有所提升，但仍需要采取措施对钢材耐火性差的缺点加以弥补，为火灾时人群逃生和消防灭火争取时间。阻隔采用屏蔽的方式将火焰与钢材之间的直接接触隔断，使直接作用于钢材本身的火焰或烟气间接作用于阻隔上，减缓钢材本身升温。

2.1 混凝土、耐火砖的辅助作用考虑传统混凝土和砌体的耐火性相对较强，在建筑钢结构采用混凝土保护钢柱，5cm-10cm厚度可能达到的耐火极限在1.5h-3.0h之间滑动，或可以考虑用耐火砖完全封闭钢构件，正面阻断钢材与火焰的接触。目前有很多建筑采用此种模式。该方法虽然可对钢材本身耐火性较差进行弥补，同时也达到《建筑设计防火规范》所规定的限制，又具有耐冲击力较强等特点，但对空间要求相对也较高，另在部分构件上施工也相对困难，如钢梁、斜撑等。

2.2 包覆耐火板、防火涂料等耐火板材对建筑钢结构的钢构件进行包裹也可以有效防止火焰对钢体的直接接触，从而达到提升钢结构耐火性的目的。石膏板、硅酸钙板、蛭石板等均为目前可选的耐火性较好且质量较轻的板材，其中防火硅酸钙板和蛭石板的防火性能相对较好，而板材表面相对平整，施工为干作业。此类板材用于钢柱防火综合考虑了造价、空间、防火性能等问题，目前较为理想。另外可考虑涂刷防火涂料，此方法不受建筑钢结构的集合形状影响，将防火涂料涂刷在钢构件表面方法简单且耐火时间也较长，在经济型和实用性均有可取之处。

2.3 复合防火保护在针对防火要求较高的钢柱和钢梁可采取复合防护的方法，此类方法是将防火涂料、耐火板等相结合，在钢构件表面除涂刷防火涂料外再用防火板作为外饰板进行包裹，可具有良好的隔热性，同时具有一定的装饰性，可符合较高的耐火要求。

3结语

目前在我国钢结构已经被广泛应用于各种建筑，无论是大跨度的厂房、仓库、桥梁，还是超高层建筑的办公楼、电视塔等复杂结构的相关建筑，是混凝土结构较难实现的建筑，必须采用与钢结构结合。国内钢结构制造业年产量已超过700万吨，根据部分国外发达国家数据钢材总产量中钢结构产量至少占10%计算，我国年钢结构产量至少不低于1800万吨。钢结构以自身特点可被塑造成各种形态在当下建筑中被广泛应用，而现代建筑的混合使用同时也对钢材本身的耐火性提出了一定的要求；建筑物趋于复杂的使用其包括住宅、办公、商场、综合一体在现今也较为常见，就此对火灾荷载能力的差别也非常大，由于次差别的存在估选耐火材料也存在着一定困难，只能以提高钢材本身或辅助耐火性提高的措施上多下功夫。随着国民经济的不断增长，钢结构必然会根据自身固有的特点和社会的需要逐步推广，而钢结构耐火性的提高便是一个被关注的热点问题，因发展的需要国内外专家学者将会不断研究和实验提高钢材本身的耐火性。除了钢结构本身耐火性的提高外，适当防护措施也是必不可少的，另要兼顾实用性和美观性。在吸取多次国内外重大火灾教训后我们应该重新整理思路考虑我国现行钢结构耐火设计方法的不足。应针对自身缺点效仿耐火设计先进的国家重新在实际条件下考虑提高钢结构耐火设计的方法，从而减少生命财产的进一步损失。

参考文献：

[1]董杰，王川华，张婕等.钢结构建筑用内火钢的研究[J].莱钢科技，2008，133（2）:34-39.

[2]舒光学.建筑钢结构防火保护方法研究[J].合作经济与科技，2009，（1）:31-32.

[3]杨惠予.提高钢结构耐火性能大力推广钢结构建筑[J].中小企业管理与科技，2010，（10）：249.

[4]张威振，徐志胜.耐火耐候钢的研究与应用现状.新型建筑材料，2004（1）：62-64.