钢结构工程防火方法的研究

骆杨杨 张兆平 张伟良 刘振 李康健

【摘 要】钢结构工程在火灾中为防止灾难性的坍塌事故，施工中采取相应的防火措施就尤为关键，那么钢结构如何防火就是我们研究的课题。

【关键词】钢结构工程；防火；防火涂料

引言

高层建筑在发生大火时易发生“烟囱效应”，对于现场救援是个难题，即使顺利实施救援工作，损失也是相当惨重的，所以如何避免火灾的发生做好防火工作就是高层建筑的重要课题。钢结构具备重量轻、抗震性能好、环保、节能、高效、工厂化生产等方面的优势，目前在我国的超高层建筑均为钢结构工程，其代表建筑为165米的深圳发展中心、383米的深圳地王大厦、492米的上海环球金融中心、660米的深圳平安金融中心等超高层工程。钢材作为超高层建筑的主要承重受力结构，一般来说，当温度超过260℃以上，钢材极限强度和屈服点就会显著下降，当温度达到650℃以上时，钢材自身强度接近于零，钢材此时丧失承载能力，导致钢材变形过大以致于坍塌。钢结构工程在火灾中为防止灾难性的坍塌事故，施工中采取相应的防火措施就尤为关键，那么钢结构如何防火就是我们研究的课题。

一、钢结构工程防火的主要方法

钢结构工程主要的防火方法主要有以下几种：

1、外包法：就是用固體耐火材料将钢结构整体包裹起来，主要作用是通过耐火材料的保护层使构件升温减缓。可以是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。也可以是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。同时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，采用胶粘剂、钉子、螺栓固定在钢结构上。

2、充水法。充水法就是往空心型钢结构内充水是抵御火灾的防护措施。这种方法能使钢结构在火灾中吸收的热量传递给水，水在钢结构内循环，吸收材料本身的热量，通过循环导走，这样构件就能保持较低的温度（100℃左右）。受热的水经冷却后可以进行再循环，或由管道引入凉水来取代受热的水。

3、屏蔽。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。

4、防火涂料：这种方法具有防火隔热性能好、施工不受钢结构几何形式的限制等优点，一般不需要添加辅助设施，且涂层质量轻，具有一定美观装饰作用，属于现代先进防火技术措施。

5、水喷法：所谓水喷法就是在钢结构建筑部位设置水喷淋管网与喷头。当钢结构的建筑在发生火灾时，水喷头受热就自动打开喷向钢结构表面，这样使钢结构结构表面形成流动性水膜，带走钢结构材料的热量，让钢结构构件温度不会太高，提高结构耐火极限。

二、钢结构工程最为广泛运用的防火方法

防火涂料具有成本低、应用范围广、适用结构多变、防火效果好等优点，因此被广泛应用于建筑钢结构工程防火保护工作中。

1、防火涂料的分类

防火涂料又称阻燃材料，根据溶剂不同可分为溶剂型和水型防火涂料；根据基料不同可分为有机类和无机类防火涂料；根据受火状态不同可分为膨胀型和非膨胀性防火涂料；根据涂层厚度可分为厚型（厚度为7～45mm）、薄型（厚度为3～7mm）和超薄型防火涂料（厚度为≤3mm）；根据适用环境可分为室内和室外防火涂料；根据适用对象可分为钢结构、木结构等专用防火涂料。

2、防火涂料的防火原理

防火必须满足三个要素，可燃物、氧气和火源，防火涂料阻燃原因如下：

①、防火涂料本身具有难燃性或不燃性使被保护钢材表面不直接接触空气，延迟物体着火和减少燃烧的速度；

②、防火涂料除本身具有难燃性或不燃性外，它还具有较低的导热系数，可以延迟火焰温度向被保护基材的传递。

③、防火涂料受热分解出不燃惰性气体，冲淡被保护物体受热分解出的可燃性气体，使之不易燃烧或燃烧速度减慢。

④、含氮的防火涂料受热分解出NO、NH3等基团，与有机游离基化合，中断连锁反应，降低温度。

⑤、膨胀型防火涂料受热膨胀发泡，形成碳质泡沫隔热层封闭被保护的物体，延迟热量与基材的传递，阻止物体着火燃烧或因温度升高而造成的强度下降。

3、防火涂料的选用

防火涂料的选用要求根据建筑部位和耐火极限的要求不同，选择合适的防火涂料。钢结构防火涂料分为室内的和室外的，室内的主要分为：室内隐藏的钢结构、高层全钢结构及多层厂房钢结构，当规定其耐火极限在1.5H以内时，宜选用厚型防火涂料；室内裸露的钢结构，轻型屋盖钢结构及有装饰要求的钢结构，当规定的要求在1.5H以内时，宜选用薄型防火涂料；当耐火极限超过2.0H时，应选用厚型防火涂料。装饰要求较高时，可选用超薄型防火涂料，但应严格控制超薄型防火涂料的应用。室外的主要为：室外的不宜选用超薄型防火涂料，应选用适合室外的钢结构防火涂料，室外钢结构防火涂料与室内钢结构防火涂料两者的技术性能有区别。

4、防火涂料施工工序

防火涂料施工工序如下：①、确定防火涂料和油漆相容性试验，合格后方可使用；②、钢结构基层处理，在涂刷防火涂料之前，必须将钢材表面存在的毛刺、污垢、铁锈等清除干净，确定油漆完好、干净。③、钢材和钢材连接产生的孔隙可用防火涂料来填补，以防止孔隙漏洞对钢结构防火效果的破坏。④、钢结构涂装施工，搭设架子处需安全验收。⑤、施工完成后续质量验收，防火涂料表明成型要求光亮、坚硬，以提高粘结力。

5、防火涂料质量控制

防火涂料质量控制包括以下几个方面：①、材料质量控制，现场使用的材料必须符合结构形式和环境要求的，必须是正规防火涂料生产厂家及生产检验合格产品，现场拌制必须严格按规定兑比及要求拌制。②、施工环境控制，在涂刷防火涂料期间及涂料未干之前，必须保证施工温度在5℃～38℃之间，相对湿度不能超过90%，大风和下雨不宜施工。③、施工过程控制，在喷涂防火涂料的时候要控制好喷涂的次数和喷涂的厚度，当一层防火涂料凝固后方可进行下层防火涂料的施工工作，注意涂刷的时候，必须保证涂层属于完全闭合状态，轮廓清晰，以保证钢结构涂料的粘结性，防止脱层及空鼓的现象产生。④、防护涂层厚度控制，涂刷防火涂料前，要设计防火涂料厚度，保证防火质量，施工中求防火涂层均匀，以保证防火效果。一般情况下，钢结构防火涂料的厚度要与设计图纸相一致，不能出现脱皮、裂缝等问题，如果存在个别裂缝，薄型应将裂缝宽度控制在0.5mm以内，厚型应将裂缝控制在1mm以内。

三、结论

钢结构建筑结构形式丰富，为人们提供了丰富多彩的建筑类型，美妙的视觉效果，随着国家经济的飞速发展，国家对钢结构建筑防火越来越重视。钢结构建筑在火灾中较易发生结构性破坏，那么火灾控制就尤为重要了，如何能够在火灾中保持结构的稳定性就是本文研究的重点。钢结构防火方法较多，能够广泛实施运用的方法就属防火涂料，那么如何在施工中提高设计、做好方案、加强施工人员管理及施工监控，才能提高钢结构使用中的安全性，延长使用寿命，减少不必要的损失，保证人们生命财产安全。

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