浅谈钢结构的防火性及防护措施

摘 要：建筑钢结构在建筑行业被广泛使用，是建筑行业的“宠儿”。相比于传统的混凝土材料和砌体结构，它具有很多优点。比如性能稳定、质量轻强度高等。但它也具有导热性强，防火性能差等缺点，所以当钢结构建筑没有采取任何防火保护时，一旦发生火灾，结构很容易遭到破坏。近年来，因其防火性能差而引发的灾害层出不穷，造成了十分严重的质量事故和经济损失。如何通过使用钢的防火性以确保安全和降低经济损失，日趋成为一个重要的领域。基于此，该文通过了对钢结构的防火性进行简单分析，进而得出了有效的措施加以防治。

关键词：钢结构；损失；防火性；措施

建筑钢结构在建筑行业被广泛使用，是建筑行业的“宠儿”。相比于传统的混凝土材料和砌体结构，它具有很多优点，比如性能稳定、质量轻强度高、抗震性能好、占有面积小，使用面积大，并且在使用过程中易于改造，变动比较容易、灵活。同时它的基础造价低，节能还具有可回收性，因此属于一种绿色建筑材料等等。但其导热性强，防火性能差，其弹性模量和强度随温度的升高而下降迅速，承载能力也随之下降。所以当钢结构建筑没有采取任何防火保护时，一旦发生火灾，结构很容易遭到破坏，甚至结构整体倒塌。近年来，由于防火性能较差而引发的灾害层出不穷，造成了十分严重的质量事故和经济损失。如何通过使用钢的防火性以确保安全和降低经济损失，日趋成为一个重要的领域。基于此，文章通过对钢结构的防火性进行简单分析，进而得出有效的措施加以防治。

1 建筑钢结构的防火性能

钢的耐火性能较差，高温下易于变形，受热后强度下降很快，如钢材在20 0C时强度为450Mpa，在到500℃左右，其强度下降到40%-50%，而到614°C时，钢材强度就只有70Mpa，几乎失去承载能力。《建筑设计防火规范对耐火等级做出了一些规定，根据组成建筑物的构件的燃烧性能和构件最低的耐火极限，将建筑物的耐火等级分为四级。未经防火保护的钢结构建筑物的耐火等级仅为四级，不能满足火灾情况下对建筑防火要求。一般火场温度最高可达到1000°C，在这样的高温下，裸露的钢结构会很快出现塑性变形，产生局部破坏，造成钢结构建筑整体倒塌。

2 钢结构防火保护的意义

钢结构的耐火时间极限大于或等于规定的耐火时间极限，并使火灾时产生的温度的最大值不超过钢材的临界温度，从而可以延长建筑被破坏的时间，以减少火灾后钢结构的修复费用，缩短灾后钢结构功能的恢复周期，使得因火灾引起的经济损失降到最低，并利于疏导被困人员和物资抢救，也使得因火灾引起的人员伤亡程度降到最低。

3 国内外钢结构防火现状的研究现状

随着经济的快速发展带来了制造业的空前繁荣，无论是大跨度的厂房、桥梁、体育馆等大体积量建筑还是门窗、汽车等小体积量工具，钢结构已经被广泛应用。因此钢结构必然会根据自身固有的特点和社会的需要逐步推广

3.1 国外钢结构防火研究现状。国外钢结构的防火研究大体可分为四个时期。第一时期：1928年Ngberg将火荷载的概念引入到结构防火中，使结构防火定量化。第二时期：1958年Kawagoe在火灾试验中发现室内火灾发展与通风条件有很大的关联，他还建立了室内热量守恒方程，据此提出了燃烧速度与通风系数之间成正比的概念，Kawagoe的研究成果对后来钢结构抗火设计有很深远的影响，也为后来的计算机模拟奠定了基础。第三时期：1964年。Been和1970年Magnusson在上述模型的基础上，提出了多角型燃烧速度模型，发展并补充了隔间内质量平衡方程。第四时期：1983年Harmathy将构件和隔间内的总热能作为衡量火灾是否严重性的指标。将火灾看成是一种释放到结构上的能量正是源于这种思想。在材料的抗火性能方面，在火灾条件下钢结构的力学性能表现及钢结构的响应的研究国外起步较早。

3.2 国内钢结构防火研究现状。我国是自20世纪90年代才开始进行钢结构抗火研究的，国家对于钢结构的发展给予了一定的支持，鼓励发展钢结构建筑，虽然钢结构抗火方面研究的较晚，也已研究出了许多有效而具体的防火措施，比如对防火涂料的创新上已有了重大突破。

4 加强建筑钢结构的防火对策

4.1 需要考虑的因素。（1）安全性能，对人体是否有危害；（2）自身稳定性和防火性；（3）施工技术的难易程度和效益的经济性；（4）钢结构自身材料特性及所处部位等等。

4.2 截流法。截流法的原理是采取一些有效的措施截断或滞阻火灾产生的热流量向构件的传输，从而使构件在规定的时间内温升不超过其临界温度。其做法是构件表面设置一层具有特殊性能的保护材料，当火灾产生时，它产生的高温首先传给这些保护材料，再由保护材料传给构件。由于所选材料的导热系数较小，而热容又较大，所以能很好地阻滞热流向构件的传输，从而起到保护作用。通常情况下，我们可以将截流法细分为以下四种方法。喷涂法、包封法、屏蔽法和水喷淋法。

4.3 疏导法。疏导法目前主要是充水冷却保护这一种方法，与截流法不同，疏导法允许热量传到构件上，然后设法热量走或消耗掉，同样可使构件温度不至升高到临界温度，从而起保护作用。疏导法同屏蔽法、包封法、喷涂法一样，是一种被动保护方法，疏导法是目前仅有的充水保护方法；理论上疏导法是钢结构防火保护最有效的方法，在有足够供水的条件下，即使火灾持续时间很长也能永久保护钢结构的安全。

4.4 涂料法。

4.4.1 防火原理。钢结构防火涂料的防火原理有三个：一是防火涂层可以对钢材起到一定的屏蔽作用，使钢结构不至于直接暴露在火焰高温中；二是涂层吸热后部分物质分解放出的水蒸气或其他不燃气体，起到消耗热量、降低火焰温度和燃烧速度、稀释氧气的作用；三是涂层本身多孔轻质和受热后形成炭化泡沫层，阻止了热量迅速向钢基材传递，推迟了钢基材强度的降低，从而提高了钢结构的耐火极限。

4.4.2 防火涂料的优点。它的优点多多，比如：（1）消弱火灾条件下对钢结构的塑性破坏，最大限度的防止钢结构的整体或局部坍塌，降低火灾造成的人员伤亡和经济损失的程度。（2）降低建筑钢结构在火灾后的重建和修复的费用，最大程度上减少钢结构使用功能在火灾后的恢复时间，以达到钢结构的经济性和适用性。（3）防火涂料的防腐性高，具有很好的物理防腐和电化学防腐作用，提高了钢结构的稳定性和使用寿命。（4）防火涂料的顏色稳定性好，不产生色变，透明性强。

4.4.3 防火涂料的种类。钢结构防火涂料的种类很多，通常根据高温下防火涂料涂层变化分为膨胀壑和非膨胀型两种。

4.5 耐火、耐候钢。耐火、耐候性钢是利用多种非燃性材料的防火板作为了保护层，将防火板附在钢材料的外层。这种钢材在温度下降时，强度下降的比较缓慢，此外由于它的耐火性表较好，可以在施工时适当减小保护层的厚度，甚至可以不涂防锈漆，这样也可以节省一定的成本，目前被广泛使用。

参考文献

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[4] 白剑.谈钢结构建筑的防火保护[D].天津：天津大学，2006：12-14.

作者简介：武心智（1997.03- ），男，山东肥城人，本科，研究方向：城市地下空间工程。