钢结构建筑防火保护关键问题及对策研究

何雪云

（北京市西城区消防救援支队，北京 100000）

钢结构建筑的主要防火方式有防火板、涂层保护、外包混凝土以及包覆柔性毡状材料等方式。由已有研究可知，现阶段多数大跨度钢结构建筑防火方式皆以涂层保护为主，大跨度钢结构建筑起火后若没有防火涂层保护，则会在15 ～20min 之间出现垮塌。对此，为进一步探究钢结构建筑存在的防火问题，选择合适的防火设计，应当明确现阶段钢结构建筑的防火现状，以期提出具有针对性的防火措施。

1 钢结构建筑防火保护存在的关键问题

1.1 钢结构建筑防火保护设计选择不当

大跨度钢结构建筑的防火设计与施工必须结合设计单位提供的图纸进行，部分区域或功能结构的钢结构建筑应当在设计阶段便对其进行特殊消防的设计，例如8m及以上的建筑钢构件不需要对其进行防火保护，以现阶段此类防火设计建筑现状可知，使用该类方法设计的建筑并未出现因火灾原因而倒塌的案例。受此观念影响钢结构建筑的防火保护方式应当成为建筑防火的首项考虑因素，以国家体育馆、北京环球影城以及钢结构火车站等建筑钢梁，由需要对建筑的美观与工期等因素进行考虑，通常会在建筑设计中指明需要使用的防火涂料，此类防火涂料涂抹厚度通常在5mm 以下，当建筑出现火情后会膨胀形成厚度约为20 ～25mm 的致密炭质层，以达到对建筑钢结构进行保护的目的。结合《钢结构防火涂料》GB14907-2018 中相关要求可将膨胀型防火涂料分为两类，即溶剂性与水基性防火涂料。其中，溶剂性防火涂料在实际应用中难以达到相关标准的要求，并且受组成材质影响，还会出现有害物质超标的情况发生。而水基性钢结构防火涂料则会受到天气原因而出现涂抹后大面积脱落的情况。因此，为保障钢结构建筑的防火性能，应当选择合适的防火涂料，并加强涂抹施工的日常管理，以期发挥出防火涂料的实际性能。

1.2 钢结构防火保护材料不满足安全标准

建筑材料市场存在巨大的利润，因此，导致众多不法商家会通过生产伪劣假冒产品的方式获取利润，进而造成建筑材料市场伪劣防火材料屡禁不止的情况发生。同时，因存在部分优质防火材料价格偏高的问题，导致建筑工程无法在预算内采购此类防火材料，所以只能采购质量与价格皆偏向中等的涂料进行施工，从而造成上述防火涂料的使用质量问题。劣质防火涂料导致的钢结构建筑火灾问题多出现在地方，综合分析各地区消防单位提供的火情报告数据可知，超过半数以上的钢结构建筑火灾事故皆使用劣质的防火涂层材料，特别是个人或依靠资质得到项目工程的施工方，因会更加侧重于施工的利润问题，所以会压缩非必要建筑材料的采购经费，进而造成除结构主体材料外所有建筑材料质量不达标的问题发生。另外，钢结构建筑施工过程中存在偷工减料，导致防火涂料实际涂抹厚度不足和局部漏涂的问题，进而在发生火情后会出现以钢结构转角、连接以及其他密闭性不强的区域出现涂层脱落情况，加速钢结构建筑坍塌的速度。对此，应当在施工前进行防火涂层的抽采检测，并在施工后对涂抹涂层进行采样，以期保障钢结构建筑的所有区域防火涂料涂抹皆满足设计要求。

1.3 机构检测人员存在工作上的疏忽问题

在现阶段钢结构建筑的质检工作中，因质检人员多会结合首次检测质量标准进行质量认定，并得出无须进行多次定期检测的质量报告，导致防火涂料在长期使用过程中受到温度、湿度以及碰撞因素影响会出现一定程度的质量下降情况，进而造成火灾发生后破损防火涂层无法保护钢结构免受炙烤，出现的钢结构建筑快速垮塌的情况。同时，部分建筑单位会为应付检测工作而出具违规的施工质量合格检测报告，或者依托第三方质检机构进行工程检测，受到委托单位的能力影响而出现相关的质检报告问题，从而为钢结构建筑埋下火情安全隐患。从消防救火角度出发，上述现象会直接缩短消防入场所需的时间，并会对后续的入室消防工作造成严重的安全隐患。

1.4 钢结构工程使用缺乏项目管理维护的责任人制度

结合现阶段市场常见钢结构防火涂料的使用设计可知，若各项施工质量皆满足设计要求，则涂料不会在短时间内出现明显的质量问题，因此对钢结构建筑的防火涂料质检期限应当控制在5 ～10 年。但是，若钢结构工程缺乏项目管理责任人制度约束，则会导致工程建筑在短期内出现维护质量问题，并在长期缺乏科学的维护管理下导致钢结构建筑出现防火涂料脱落或者大面积失效等问题发生，进而增加建筑后期的使用安全问题和维护资金投入。因此，可结合当地质检部门、消防部门以及施工单位共同设计关于钢结构建筑防火涂料的责任人制度，进而从关系建筑安全的各方单位之间形成责任闭环，以此督促各方安质按量完成施工质量检测工作，并为后期出现钢结构建筑火灾问题承担责任。

1.5 缺乏不同环境下能够长期使用的建筑监控数据库

钢结构建筑不同功能区和所处位置会造成钢结构防火涂料出现不同程度的变化，结合现阶段智能建筑的设计方法可将各类传感器安装在室内、室外以及石化处，以期通过传感器监测的方式计算钢结构防火涂料的使用性能。但是，从现阶段钢结构智能建筑的防火涂料监测系统使用角度来看，受系统设计以及建筑空间结构影响，监测系统并没有设置一个可长期监控并存储数据的数据库，部分具有长期使用的建筑监控数据库还存在属于管理等问题，使得传感器监控装置无法采集钢结构防火涂料的阶段性情况，从而在火情出现时建筑管理人员无法通过防火涂料实际情况判断建筑物的安全等级，并制定建筑内人员与财产的疏散方案，进而增加建筑物消防救援的风险。

2 大跨度钢结构建筑防火和灭火的要求

2.1 做好防火分区

为避免大跨度钢结构建筑出现区域火情引发整体火灾的情况，并降低火灾发生的概率和延缓火情的蔓延速度，为消防人员入场提供宝贵时间，需要大跨度钢结构建筑做好建筑内防火区域的划分工作，通过科学设计挡烟垂壁的方式扼制区域性火情的蔓延，并便于质检人员对钢结构进行防火涂料的检测。以大型综合性商场为例，因建筑各层功能性以及存储材料的特性因素影响，商户与商户之间的防火分区隔离应当以混凝土墙为主，并且商户门店的进出口位置应当设计挡烟垂壁，钢结构直接暴露在空气中的区域应当设有消防喷头，以期通过物理降温的方式降低建筑及空气中的温度，为后续消防救援提供更加安全的抢险环境。另外，做好钢结构建筑的防火分区还可以避免火灾出现连锁反应，即避免其他区域的危险品受到高温炙烤出现二次爆炸的情况，最大限度保障室内被困人员与消防人员的生命安全。

2.2 增强建筑材料防火性能

在上述大跨度钢结构防火分区设计的基础上，通过增强建筑材料防火性能可保障建筑不受火灾的影响，并在根源上消除可能影响建筑结构稳定的因素。对于现阶段我国大跨度钢结构建筑的构件而言，在安装前需要参照防火等级进行严格的防火涂料涂抹工作，并等待钢结构外部防火涂料完全阴干后才可将其投入实际安装中。同时，钢结构建筑的防火涂料与后期使用的修复涂料应当保证具有较高的防火性能，从而确保钢结构建筑能够长期处于防火涂料的防护当中。以此通材料角度避免钢结构建筑火灾问题的发生。

2.3 全面落实消防设备安置

若将钢结构建筑防火分区设计视为建筑防火的主体架构，将防火材料涂抹施工质量视为预防火灾发生的基础，则可将落实消防设备的安置工作视为加强钢结构建筑防火的体系表层结构。结合国内钢结构建筑火灾事故可知，建筑内所出现的多数火情皆可通过加强监管和落实消防设备的方式给予消除，即多数火情皆由人在室内的活动造成，例如，吸烟、用电以及玻璃制品聚光导致的火灾，因此全面落实消防设备安置工作可在发现火情的第一时间对其进行灭火，从而消除建筑内的火灾隐患。大型商场性钢结构建筑夜间属于人流量较少的时间，但发生火情的概率却高于白天出现火情的概率，主要原因在于夜间出现火情无法第一时间借助消防器材进行消除，进而导致建筑火灾事故的发生。对此，全面落实消防设备安置工作应当还包括室内的消防系统安置，从而借助计算机的方式在出现火情的第一时间对起火点进行灭火，从而提高钢结构建筑的整体安全性。

3 实践分析

3.1 钢柱耐火试验

以某钢结构建筑工程下的竖向承重钢柱为例，探究不同界面型号的耐火性能。因钢柱属于钢结构建筑中的主要承力结构，因此对其进行耐火性能研究能够得出钢结构建筑火灾情况下的最小坍塌时间，以此试验数据为基础进行钢桁架楼板的耐火性试验。结合我国相关标准要求钢结构建筑钢柱的耐火极限应当大于等于3h，因此，本文将选择某建筑工程下三个不同型号的钢柱试件进行耐火性试验，试验结构如表1 所示。

表1 钢柱试件的耐火试验结果

由表1 中数据可知，钢柱的耐火性质与防火涂料和载荷强度有关，钢柱1 与钢柱2 皆能够满足火情下3h 的耐火时间，并且钢柱3 的承压压力比钢柱1 多1924kN，由此可证明科学的防火方式选择能够有效提高钢结构建筑的稳定性，可为消防救援提供宝贵的时间。

3.2 钢桁架楼板耐火试验

案例建筑中楼板组成以钢桁架楼板为主，该结构的耐火极限可低于钢柱的耐火极限，但同时不应当地域2h 的极限耐火时间。该项目的钢桁架楼板规格为5100mm×1500mm×602mm 和5100mm×4500mm×602mm。钢桁架楼板耐火性试验共分2 组，其试验结果如表2 所示。

表2 钢桁架楼板耐火试验结果

由表2 中数据可知，同等防火条件下钢桁架楼板的载荷力分布约小，则钢桁架楼板的防火效果会约明显。钢桁架楼板1 号试件的耐火时间能够达到120min，而钢桁架楼板2 号试件则可达到150min，两种信号试件皆可满足钢结构建筑的施工防火标准。

4 解决对策

4.1 选择耐久性较强的保护设计

因钢结构建筑涂抹防火材料会增加工程的资金投入，所以结合钢结构建筑的使用功能可选择部分或整体建筑不做防火保护，对商业因素的钢结构建筑可考虑对易发生火情区域进行防火涂料的厚涂设计，并对不易发生火情或者受火情影响较小的钢结构建筑区域可选择减少防火涂料的涂抹，以此均衡钢结构建筑的防火空间控制的设计区间。同时，结合钢结构防火保护设计存在材料选择不当问题，应当在钢结构建筑的设计初期，便对防火保护方式进行设计，并结合建筑未来的使用方向以及可能受到的环境影响提出一套科学的管理设计方案，结合钢结构建筑的使用年限和防火涂料的使用年限，其设计方案应当能够持续维持钢结构建筑安全防火约50年，实际时长可受到后续建筑维护增添防护措施而延长。此外，受到钢结构建筑的结构特性影响，若建筑出现某种程度的结构问题，则需要对大面积的钢结构进行维护，因此会造成受影响钢结构需要重新进行防火设计的情况。在修补使用的防火涂料中，建议钢结构建筑室内应当选择耐久性能较好的优质非膨胀型防火涂料或者水性防火涂料，若建筑处于环境较为恶劣的室外或石化领域，则建议使用环氧类防火涂料进行钢结构的涂抹防护。上述两种涂料的耐久性较好，可以更好地满足钢结构建筑本身使用年限与材料使用年限的相关要求。

4.2 委托能力较强的第三方检测单位对施工建筑进行质检

我国法规规定建筑出现质量问题后，其建筑的建设单位需要承担首要责任，并且具体工程设有具体的责任划分方式。因此，为保障钢结构建筑防火涂料施工质量能够满足设计要求，在避免主观检测因素的前提下，选择第三方质检单位对施工建筑进行防火情况的检查。例如，某钢结构建筑的防火涂料质检工程为确保防火质量，要求对防火材料进行模拟实验的质量检验，并结合施工使用钢结构进行钢柱和钢桁架楼板的耐火使用，若实验满足建筑设计的防火安全标准则，可以将材料应用到施工当中，若实验材料未能达到建筑设计要求标准，则需要重新选择使用的防火涂料。

现阶段，我国并未出台关于钢结构建筑防火质检人员的资质评定要求，因此施工单位应当设计一套较为完整的防火性能标记方法，即设计人员可联合质检人员和项目设计人员共同设计，施工人员结合施工设计对3h、2.5h 和2h 耐火极限的钢结构构件分别喷涂长度为2cm 的红、黄、蓝色块，对特殊钢结构承重部位可进行特殊固定符合的记录，从而帮助后期防火涂料涂抹施工进行厚度控制。

5 结语

综上所述，本文从钢结构防火环节中的防火涂料视角入手，重点对防火涂料的施工、选材、管理以及权责问题进行研究，分析防火涂料的防火性能与消防救援之间的关系，明确钢结构建筑防火中的关键问题，并立足钢结构建筑全面防火的视角，对钢结构建筑全面防火的质量控制提出几点优化检验，以期为后续钢结构建筑施工和现有钢结构建筑维护提供参考帮助。