浅谈钢结构建筑防火设计

皮军俨

新中远工程设计有限公司（050000）

浅谈钢结构建筑防火设计

皮军俨

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这里就钢结构火灾特点和防火设计谈一点自己的见解，供大家参考。

钢结构；防火设计；建筑防火

钢材是一种不会燃烧的建筑材料，具有抗震、抗弯等特性。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，因此钢材受到了建筑行业的青睐，单层、多层、摩天大楼、厂房、库房、候车室、候机厅等采用钢材都很普遍。但是，钢材作为建筑材料在防火方面又存在一些难以避免的缺陷，它的机械性能，如屈服点、抗拉及弹性模量等均会因温度的升高而急剧下降。钢结构通常在450～650℃就会失去承载能力，发生很大的形变，导致钢柱、钢梁弯曲，结果因过大的形变而不能继续使用，一般不加保护的钢结构的耐火极限为15 min左右。典型的例子就是2002年9月11日，美国纽约的世界贸易大厦在恐怖袭击中倒塌，导致300多名消防队员无辜丧生。飞机满载燃油撞击大楼后，造成大楼承重的钢结构筒体的保护层被破坏，在强烈的高温作用下，钢结构筒体承载强度迅速下降，短短20 min发生倒塌。

鉴于建筑火灾的频繁性和它对钢结构造成危害的严重性，国际上很早就开始重视钢结构的抗火安全，通过对钢构件涂覆防火涂料、包覆防火板等防火措施来提高钢结构的抗火能力，保证其具备一定的耐火时间，以满足建筑设计防火规范规定的耐火极限要求。钢结构的防火应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GBJ 16和《高层民用建筑设计防火规范》GB 50045的要求，结构构件的防火保护层应根据建筑物的防火等级对各不同的构件所要求的耐火极限进行设计。防火涂料的性能、涂层厚度及质量要求应符合现行国家标准《钢结构防火涂料》GB 14907和国家现行标准《钢结构防火涂料应用技术规范》CECS 24的规定。

做好钢结构建筑的防火设计，应注意以下几个方面:

1）根据建筑物的火灾危险性和重要性，合理确定建筑的耐火等级。各种建筑由于其使用功能和重要性的不同，火灾危险性存在差异，我们设计时要根据业主提供的建筑要求，根据《建筑设计防火规范》和《高层民用建筑设计防火规范》，确定建筑物的火灾危险性，再根据火灾危险性，确定建筑的耐火等级。比如一个80 m高的综合楼，根据《高层民用建筑设计防火规范》其属于一类高层建筑，它的耐火等级应为一级，其梁、柱、屋顶承重构件的耐火极限应分别不低于2 h、3 h、1.5 h。如果我们在设计时没有正确核定耐火等级，确定的耐火等级过高或过低，都会造成我们设计失误，造成浪费或不安全。

2）无防火保护的钢结构的耐火时间很短，通常仅为10～20 min，耐火性能很差。为了提高钢结构的耐火极限，必须采取适当的防火保护措施。对钢结构进行防火保护的方法主要有:

①外包层。就是在钢结构外表添加外包层，可以现浇成型，也可以采用喷涂法。现浇成型的实体混凝土外包层通常用钢丝网或钢筋来加强，以限制收缩裂缝，并保证外壳的强度。喷涂法可以在施工现场对钢结构表面涂抹砂泵以形成保护层，砂泵可以是石灰水泥或是石膏砂浆，也可以掺入珍珠岩或石棉。外包层也可以用珍珠岩、石棉、石膏或石棉水泥、轻混凝土做成预制板，采用胶黏剂、钉子、螺栓固定在钢结构上。

②屏蔽法。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防火的目的。这是一种最为经济的防火方法。在钢结构的迎火面设置阻火屏障，将构件与火焰隔开，阻止火灾烟气直接作用于钢构件。例如，钢梁下面吊装防火平顶，钢柱内侧设置有一定宽度的防火板等。

③涂抹防火涂料。将防火涂料涂覆于钢构件表面，这种方法施工简便、重量轻、耐火时间长，而且不受钢构件几何形状限制，具有较好的经济性和实用性，是目前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，通常根据高温下涂层变化情况分膨胀型和非膨胀型两大系列,按涂层厚薄、成分、施工方法及性能特征不同可进一步分成不同类别。

④水淋冷却法。水淋冷却法是在钢结构上部布置自动喷淋系统，发生火灾时，启动喷淋在钢结构表面形成一层连续的水膜，达到保护作用。

⑤浇筑混凝土或砌筑耐火砖。采用混凝土或耐火砖完全封闭钢构件。这种方法优点是强度高、耐冲击，但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5～10 cm才能达到1.5～3 h的耐火极限。另外，施工也较麻烦，特别在钢梁、水平支撑、柱间支撑上，施工非常困难。

⑥包覆耐火轻质板材。采用纤维增强水泥板、石膏板、硅酸钙板、蛭石板等耐火轻质防火板将钢构件包覆起来。防火硅酸钙板和蛭石板重量轻、防火性能好。这类防火板由工厂加工，表面平整，装饰性好，施工为干作业，用于钢柱防火具有占用空间少、综合造价低的优点。

3）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，严格对安全疏散路线、疏散距离、疏散宽度进行设计，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。