论钢结构建筑防火设计

周铮

摘要：主要介绍了钢结构建筑的防火设计方法，被动耐火保护措施，以及主动灭火措施的主动保护措施。

关键词：钢结构；防火涂料；自动喷水灭火系统

前言

近年来，我国的高层、超高层建筑和大空间、大跨度的建筑越来越多，在这些建筑中也大多采用具有强度高、抗震性能好、结构自重小、建筑施工周期短的钢结构。由于这些场所的人员、可燃物种类与数量等也日益集中，这使得对钢结构建筑的防火设计显得尤为重要。下面将简要探讨几种防火设计方法的优缺点和适用情况。

一、钢结构构件的被动耐火保护

不依靠抑制火灾的增长或降低火灾的烧热释放率来保护钢结构构件不受火灾严重影响的方法，即是钢结构构件的被动耐火保护。它主要是通过采取一定的措施，来吸收构件所接受的热量，或将结构构件与高温烟气和火焰隔离，使构件在火灾作用下仍能发挥各项功能。具体可在钢结构构件表面包封或覆盖燃的热惰性材料，或在火灾时充入循环水冷却保护。

1.浇筑混凝土或砌筑耐火砖

由于混凝土和耐火砖耐火性强，通过在钢结构构件周围浇筑混凝土或砌筑耐火砖，能将钢构件与高温烟气和火焰隔离开来，从而在一定程度上能避免钢结构构件遭到火灾的损坏。这种方法在实际工程中用得比较多，比较适合于钢柱的保护，但对于梁等其它构件就不是很实用了，因为在梁上施工比较麻烦，而且会增加自重。这种保护方法也不适用于初期升温很快的火灾，在高温作用下易发生崩裂现象。

2.采用轻质耐火材料包覆

在钢结构构件表面包覆蛭石板、珍珠岩板、石膏板、石棉水泥板、硅酸钙板等轻质耐火材料，也能很好的保护钢结构构件免受火灾的损坏。其中珍珠岩板和石膏板的最高使用温度为600℃，蛭石板的最高使用温度为850℃，它们虽然容重小，但很难达到钢结构耐火保护的目的。纤维增强普通硅酸钙板可达650℃～950℃，它作为建筑防火材料在日本高层建筑中使用较多。防火板包敷屏蔽保护钢结构构件具有成本低、适用性强、施工方便和施工质量易控制等优点，在建筑钢结构防火保护中有很好的应用前景。此外，纤维增强复合材料也是一种较好的耐火包敷材料，这类材料具有热容高、烧透时间长、隔热性能良好等优点。

3.喷涂钢结构防火涂料

在钢结构表面涂装防火涂料，以增大其绝热性能和推迟结构失稳的时间，这是一种比较传统的钢结构防火方法。在受到高温或火焰作用时，钢材表面厚厚的防火涂料层能起到屏蔽作用，避免构件直接暴露在火中。尤其是膨胀型涂料暴露在高温下时，体积可膨胀体达到50～200倍，如此厚的保护层能有效阻止热量传导到钢材上。有的防火涂料吸热分解放出水蒸气或二氧化碳，也能在一定程度上降低火焰温度和燃烧速度具。但其主要作用在于涂料本身是多孔材料，受热膨胀后能形成炭化泡膜绝热层，其热导率比钢材和混凝土的低很多，从而起到隔热保护作用。

采用防火涂料保护钢结构的方法具有自重轻、施工方便等优点，但耐火极限受涂料质量、施工工艺与质量以及环境的温度和湿度等因素的影响很大。另外，在施工过程中还存在涂料选型不当、以次充好、涂层厚度达不到要求等问题，这些都给钢结构耐火保护带来了隐患。所以采用防火涂料喷涂保护钢结构的方法一定要充分考虑以上因素。

4.在钢结构构件内部充水保护法

在火灾发生时，通过向钢结构构件内部充入循环水来吸走其热量，从而达到保护钢结构的目的。但这种方法会在火灾时增加结构自重，且需要足够的水源与供水系统，结构内部也需作耐水腐蚀处理，成本太高，因而国内外应用并不多。

二、钢结构构件的主动防火保护

对建筑钢结构构件采用排烟、自动灭火系统等主动消防措施，来排除室内热量、抑制火灾增长和灭火，从根本上消除火灾对钢结构构件的破坏，与被动耐火保护相比，主动防火保护是一种更积极的保護方式。大量实践证明，只要在火灾过程中根据室内火灾的发展规律，及时采取措施来排除室内的热量，降低其燃烧热释放率，就能有效防止火灾对钢结构构件和这个建筑的破坏。例如在建筑物内设置自动灭火设施，能有效地扑灭初起火灾，避免火灾的蔓延扩大，使建筑结构得到保护，同时也为人员疏散提供了时间。

自动喷水灭火系统是目前最有效的自救灭火设施之一，适用于扑救大部分建筑物内的初起火。自动喷水灭火系统的自动喷水的温度可据设置场所的环境条件而定，其范围从57℃到343℃不等，在一般的工业与民用建筑中常采用68℃。美国国家标准技术研究院曾做过试验研究，证实自动喷水灭火系统喷洒数分钟后，火灾的燃烧热释放速率下降50%，空间内烟气的温度降低到100℃，这就不会发生轰燃现象。这样即使没有扑灭火灾，也会使其以较稳定的热释放速度率进行燃烧，钢结构也不会被破坏了。自动灭火设施应根据场所内的可燃物性质和建筑的性质与功能来进行选择，对于工业生产和仓库中的可燃气体和可燃液体火就不宜采用自动喷水灭火系统，可用泡沫、干粉等灭火设施进行防护。在建筑物内设置好灭火设施后，还应注意日常维护管理，确保这些设施在发生火灾时能完好的工作。

三、结束语

随着人们对钢结构建筑防火要求的不断提高，如何进一步完善和充实现有建筑防火规范、合理确定建筑的火灾安全度、改进钢结构的耐火设计方法、科学经济地保障建筑的火灾安全就成为每一个建筑防火科研人员和建筑设计人员必须正视和解决的课题。

参考文献：

[1]施樑.钢结构建筑的消防安全性能化设计--系统方法探讨[J].自然灾害学报