浅谈钢结构建筑防火

王占生

【摘 要】钢材是一种不会燃烧的建筑材料，它具有抗震、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。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。本文简述了钢结构具有的特点，参考国内外资料，论述了钢结构抗火设计及防火保护的基本方法。并提出了今后工作中需大量研究的问题，为钢结构设计的完整性提供了参考 。

【关键词】钢结构建筑；防火措施

在现代建筑施工中，钢结构正在逐渐被广泛利用。对于钢网、钢制门、钢结构的框架结构这几种应用比较多的钢结构建筑形式来说，相关的钢结构建筑防火设计还没有一个标准的规范，有必要制定一个对钢结构整体建筑框架的防火标准规范。应该根据钢结构的力学特点，在标准规范的指导下，契合钢结构建筑耐火等级和防火措施，具体问题具体分析，紧紧跟随现今钢结构建筑防火规范的发展趋势。

1.钢结构建筑火灾的危害

钢材成为钢结构建筑中的最主要建筑材料，虽然属于一种不燃烧材料，但是钢材的本身是一种热良导体，十分容易传导热能。一般来说，当温度超过了260℃以上，钢材料的极限强度与屈服点就会显著的下降，温度为400℃时，钢材的屈服强度将降至室外温下强度的一半，温度达到650℃时，钢材基本丧失全部强度和刚度，可以近似等于零。这样就使钢材丧失了承载能力，导致钢材出现过大变形，不能再继续工作。

钢结构建筑最主要的缺点就是耐火性能较差。如果没有对它进行防火处理，即使钢材的本身不会遇火而燃烧，可是遇到了高温之后它的强度就会迅速的下降。钢结构的建筑一旦遇到火灾就易发生变形倒塌，这样很容易造成较大经济损失和人员伤亡，造成严重的安全事故。

2.钢结构耐火性能分析

钢结构的燃点很高，属于不然材料。但是作为建筑的主要结构用材，钢结构的耐火性很差，在外界高温条件下极易发生大的应变，一旦应变积累到一定程度，就会导致钢结构的破坏。现就其主要影响因素分析如下：

2.1钢结构对外界温度的灵敏反应

研究发现，钢结构随着外界温度的升高而表现出一定的膨胀性。在700℃一下，这个关系是一个很好的线性关系，随着温度的升高，热膨胀应变也会增大，但是当外界的温度达到了800-900℃的时候，钢结构的膨胀应变会发生一个回缩，超过900摄氏度之后，又会继续膨胀。这样反复的膨胀应变变化来源于钢结构的超静定结构，对钢结构是一种破坏。

2.2温度变化下，钢结构力学性能的变化

钢结构建筑的梁、柱、屋架是建筑的骨架，它的安全性直接关系到整幢建筑的安全，它们大都采用钢材，钢材虽然是不燃材料，但其耐火性能很差，随着温度的变化，其力学性能会发生很大的变化，具体表现为随着温度的升高，钢结构的承载能力会急剧下降。根据实验研究显示，当受到外界的影响而使钢结构的温度达到350℃、500℃以及600℃的时候，它的强度只有原来的三分之一、二分之一以及三分之二。当钢结构的温度为500℃的时候，将会逐渐失去保持建筑稳定的性能，而当温度高于900摄氏度的时候，钢结构建筑很有可能在15米之内快速倒塌。

2.3钢结构极好的导热性

钢结构是一种极好的导热材料，热传导在钢结构中传播的速度极快，这就会导致整个钢结构都处于受热条件下，一旦温度超过了极限，就会发生破坏。

2.4钢结构的荷载和几何约束条件

钢结构作为建筑的骨架，起着承受荷载的作用，但是一旦外界温度发生急速变化，机会会导致钢结构的承载能力急速下降，一旦超过了受火承载极限，就会发生破坏。所以在防火设计中要充分考虑到外部荷载和钢结构几何约束条件的组合关系，使得钢结构可以充分满足设计要求。

2.5影响钢结构耐火性能的几个主要因素

火灾越大，对钢结构影响越大；钢结构建筑内部灭火措施的设计是否合理，也会影响钢结构的耐火性能；对于重要的建筑物，要提高钢结构耐火性能设计等级；对于那些对整个建筑的荷载承受极为重要的部位，应该提高材料耐火的等级，加大防火力度。

3.钢结构建筑主要的防火措施

为了提高钢结构的耐火性能，优化钢结构的材料属性，使得所用的钢结构耐火极限在施工设计的控制范围之内，必须对钢结构建筑进行防火处理。目前常用的防火措施可以概括为水冷却法、包敷法、喷涂法。

3.1水冷却法

包括注水和淋水两种方法。为了控制钢结构的温度，水冷却注水法的主要实现方法是在内部中空的钢柱内进行注水，并与上部的冷却水水箱连同，形成一个可以内部循环的冷却封闭系统。当外界发生火灾而导致钢结构温度升高的时候，钢结构和内部的冷却水会进行一个能量交换，两者之间存在一个温度的传递。然后钢柱内的冷却水由于温度的升高，随即和上部冷却水水箱中的水进行热量交换，这样就形成了一个冷却水的循环，随着循环的进行，不断带走钢结构上面的温度。而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。

3.2包敷法

采用砖、混凝土、硅钙板等材料将钢结构包裹，从而形成保护层，提高构件耐火极限。主要包括单面屏蔽法、外衬砌法。单面屏障法是一种对热源的处理方法，主要的视线方法是在钢结构和火源之间设置一个屏障，使得火灾发生时，热量无法快速传递给钢结构。

外衬砌的主要目的也是隔断火源，主要的衬砌材料是混凝土、耐火砖以及耐火轻质材料。实现方法和单面屏障法类似，只是外衬砌方法是把混凝土或者耐火砖完全包裹钢结构构件，完全防止了钢结构和火源的直接接触。

3.3喷涂法

为了提高钢结构的耐火性能，可以在其表面喷涂一层防火材料，形成一层保护膜，提高发生火灾之后钢结构的耐火性， 它具有施工简单等特点，而且不用考虑钢结构构件的形状，经济性和适用性都不错。

我们在设计时，要根据不同建筑对构件耐火极限的要求，通过科学比较，选出最恰当的防火保护方法，达到经济和安全要求。往往都是几种方法一起使用，保证钢结构建筑的耐火性能能够满足前期设计的要求，避免在火灾出现时，钢结构耐火性能不达标的现象出现。还要时常检查防护层是否稳定，对进行了防火措施的钢构件时时监测，以保证一旦出现火灾，能够立刻发挥作用。

4.结语

当前建筑结构正由土木结构、砖混结构、钢筋混凝土结构向钢结构快速发展，高层建筑物越来越多。钢结构正在逐渐被应用到建筑施工中，在具体施工中，应该严格查明建筑的重要的等级，选取合适的防火材料，并且要制定合理正确并且可以实行的防火标准规范，防患于未然，加强钢结构建筑的防火力度，为钢结构建筑的顺利施工，打下坚实的基础。