建筑钢结构防火保护技术研究

建筑钢结构防火保护技术研究

徐彦卿

中铁第五勘察设计院集团有限公司乌鲁木齐分院 新疆乌鲁木齐 830000

摘要：钢结构自重轻、强度高、抗震性能好，便于工业化生产，施工速度快，是建筑中应用的主要结构形式之一。与混凝土结构相比，钢结构在某些方面也存在一些不足，特别是钢结构的耐火性能较差。其原因主要有两个方面：一是钢材热传导系数大，火灾下钢构件升温快；二是钢材强度随温度升高而迅速降低。无防火保护的钢结构的耐火时间通常仅为15min~20min,故在火灾作用下易被破坏。因此，为了防止和减少建筑钢结构的火灾危害，保护人身和财产安全，必须对钢结构进行科学的防火设计，采取安全可靠、经济合理的防火保护措施。

关键词：建筑工程；钢结构；防火保护技术

引言：

钢材内部的晶体组织对温度很敏感。温度的变动会使钢材性能发生变化。裸露钢构件的耐火时限仅为15min,当温度超过300℃后，其屈服强度与抗拉强度均显著下降，，变形增大。故钢构件应按相关规范规定的分类与耐火极限要求及防护技术要求，采取涂层或板材隔热等可靠的防护措施。对工作环境温度长期超过100℃的钢构件，规范也规定应采取防护措施予以保护。

1钢结构构件的设计耐火极限

1.1钢结构建筑的耐火等级

按现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016的规定：民用建筑的耐火等级是由建筑物高度、使用功能、重要性等确定；工业厂房建筑的耐火等级与生产的火灾危险性、厂房层数、防火分区有关，建筑的耐火等级共分为一~四级。

1.2钢结构建筑的耐火极限

钢结构构件的设计耐火极限应根据建筑的耐火等级确定。当钢构件的耐火时间小于规定的设计耐火极限要求时，应进行防火保护措施。柱间支撑的设计耐火极限应与柱相同，楼盖支撑的设计耐火极限应与梁相同，屋盖支撑和系杆的设计耐火极限应与屋顶承重构件相同。钢结构节点的防火保护应与被连接构件中防火保护要求最高者相同。

2钢结构构件防火保护措施与构造

2.1钢结构构件防火保护措施

外包防火材料是绝大部分钢结构工程采用的防火保护方法。根据防火材料的不同又可分为：喷涂（抹涂、刷涂）防火涂料，包覆防火板，包覆柔性毡状隔热材料，外包混凝土、砂浆或砌筑砖砌体，复合防火保护等。

2.2喷涂（抹涂、刷涂）防火涂料

在钢构件表面涂覆防火涂料，形成隔热防火保护层，这种方法施工简便、重量轻，且不受钢构件几何形状限制，具有较好的经济性和适应性。长期以来，喷涂防火涂料一直是应用最多的钢结构防火保护手段。

钢结构防火涂料的品种较多，根据高温下涂层变化情况分非膨胀型和膨胀型两大类;根据涂层使用厚度将防火涂料分为超薄型（小于或等于3mm）、薄型（大于3mm,且小于或等于7mm)厚型（大于7mm)防火涂料三种。膨胀型防火涂料遇火膨胀，形成多孔碳化层，涂层厚度一般小于7mm，又称超薄型、薄型防火涂料，膨胀型防火涂料在设计耐火极限不高于1.5h时，具有较好的经济性。非膨胀型防火涂料遇火不膨胀，自身有良好的隔热性，涂层厚7mm~50mm，又称厚型防火涂料，对应的构件耐火极限可达到0.5h~3.Oh。

2.3包覆防火板

采用防火板将钢构件包覆封闭起来，可起到很好的防火保护效果，且防火板外观良好、可兼做装饰，施工为干作业，综合造价有一定的优势，尤其适用于钢柱的防火保护。防火板根据其密度可分为低密度、中密度和高密度防火板，根据其使用厚度可分为防火薄板、防火厚板两大类。

2.4包覆柔性毡状隔热材料（简称柔性防火毡）

柔性毡状隔热材料主要有硅酸铝纤维毡、岩棉毡、玻璃棉毡等各种矿物棉毡。使用时，可采用钢丝网将防火毡直接固定于钢材表面。这种方法隔热性好、施工简便、造价低，适用于室内不易受机械伤害和免受水湿的部位。

2.5外包混凝土、砂浆或砌筑砌体

这种方法优点是强度高、耐冲击、耐久性好，缺点是要占用的空间较大。例如，用C20混凝土保护钢柱，其厚度为5cm~10cm才能达到1.5h~3.0h的耐火极限。另外，施工也较麻烦，特别在钢梁、斜撑上，施工十分困难。

2.6复合防火保护

常见的复合防火保护做法有：在钢构件表面涂敷非膨胀防火涂料或采用柔性防火毡包覆，再用纤维增强无机板材、石膏板等作饰面板。这种方法具有良好的隔热性、完整性和装饰性，适用千耐火性能要求高，并有较高装饰要求的钢柱、钢梁。

2.7其他防火保护措施

其他防火保护措施主要有：安装自动喷水灭火系统（水冷却法）、单面屏蔽法和在钢柱中充水等。设置自动喷水灭火系统，既可灭火，又可降低火场温度、冷却钢构件，提高钢结构的耐火能力。采用这种方式保护钢结构时，喷头应采用直立型喷头，喷头间距宜为2.2m左右；保护钢屋架时，喷头宜沿着钢屋架、在其上方布置，确保钢屋架各杆件均能受到水的冷却保护。单面屏蔽法的作用主要是避免杆件附近火焰的直接辐射的影响。其做法是在钢构件的迎火面设置阻火屏障，将构件与火焰隔开。如：钢梁下面吊装防火平顶，钢外柱内侧设置有一定宽度的防火板等。这种在特殊部位设置防火屏障措施有时不失为一种较经济的钢构件防火保护方法。

3建筑钢结构防火保护施工过程中采取的相应措施

3.1前期施工准备

对现场施工人员进行安全及技术交底，在实施过程中对人员合理分工，建立现场管理协议制度，重点监控关键施工环节。以某项目为例，为保证钢结构原材质量，首先对厂家的钢板进行了送检，委托了具有相应资质的第三方检测单位对钢结构生产厂家进行了考察，施工的主要材料为0.8m×0.8m钢柱80根，超薄型防火涂料393.60kg，高强胶粘剂50kg，钢防胶50kg，塑料薄膜3306m²。施工拟采用25t汽车吊即可满足现场使用要求，具体的机械使用情况为1台板车用于钢构件倒运，2台25t汽车吊用于钢构件吊装，2台升降机用于喷涂机清洁。

3.2钢结构防火材料要求

作为钢结构的防火材料，该材料必须具备有较好的强度和硬度，不同于传统的钢结构，它需要的是轻和软，但是对于钢结构建筑来说强和硬是他的必要特点。不仅如此，该装饰材料还必须具备有保温，隔音等功能，以及它必须满足环保、低碳、绿色的建筑材料要求。除了有利方面，它如果处于风吹日晒的环境下会出现降解老化情况，如此一来，寿命必然缩短。还存在有水泥基防火涂料施工过程当中会开裂脱落，这种膨胀型的涂料寿命一般短于钢结构防火涂料。此外，在施工完成之后，对防火涂料的质量检测也是一大重点。一旦出现质量检测不过关，就会影响建筑的整体质量。

结束语：

总而言之，钢结构的耐火性能较差，在钢结构设计过程中应根据建筑的耐火等级、耐火时间,选择安全可靠、经济合理的防火保护措施，防止和减少建筑钢结构的火灾危害，保护人身和财产安全。

参考文献：

[1]单泽义.钢结构设计手册[J].中国建筑工业出版社,2019.10.

[2]《建筑钢结构防火技术规范》.GB 51249-2017.

[3]杨斌.钢结构模块防火漆重心计算与分析[J].涂层与防护,2019,40(11):18-19+36.

[4]张铁壮.钢结构设计中对建筑耐火性能的思考[J].天津化工，2019,33(06):41-42.