淺談鋼結構建筑防火設計

皮軍儼

新中遠工程設計有限公司（050000）

淺談鋼結構建筑防火設計

皮軍儼

新中遠工程設計有限公司（050000）

這里就鋼結構火災特點和防火設計談一點自己的見解，供大家參考。

鋼結構；防火設計；建筑防火

鋼材是一種不會燃燒的建筑材料，具有抗震、抗彎等特性。在實際應用中，鋼材既可以相對增加建筑物的荷載能力，也可以滿足建筑設計美感造型的需要，還避免了混凝土等建筑材料不能彎曲、拉伸的缺陷，因此鋼材受到了建筑行業的青睞，單層、多層、摩天大樓、廠房、庫房、候車室、候機廳等采用鋼材都很普遍。但是，鋼材作為建筑材料在防火方面又存在一些難以避免的缺陷，它的機械性能，如屈服點、抗拉及彈性模量等均會因溫度的升高而急劇下降。鋼結構通常在450～650℃就會失去承載能力，發生很大的形變，導致鋼柱、鋼梁彎曲，結果因過大的形變而不能繼續使用，一般不加保護的鋼結構的耐火極限為15 min左右。典型的例子就是2002年9月11日，美國紐約的世界貿易大廈在恐怖襲擊中倒塌，導致300多名消防隊員無辜喪生。飛機滿載燃油撞擊大樓后，造成大樓承重的鋼結構筒體的保護層被破壞，在強烈的高溫作用下，鋼結構筒體承載強度迅速下降，短短20 min發生倒塌。

鑒于建筑火災的頻繁性和它對鋼結構造成危害的嚴重性，國際上很早就開始重視鋼結構的抗火安全，通過對鋼構件涂覆防火涂料、包覆防火板等防火措施來提高鋼結構的抗火能力，保證其具備一定的耐火時間，以滿足建筑設計防火規范規定的耐火極限要求。鋼結構的防火應符合現行國家標準《建筑設計防火規范》GBJ 16和《高層民用建筑設計防火規范》GB 50045的要求，結構構件的防火保護層應根據建筑物的防火等級對各不同的構件所要求的耐火極限進行設計。防火涂料的性能、涂層厚度及質量要求應符合現行國家標準《鋼結構防火涂料》GB 14907和國家現行標準《鋼結構防火涂料應用技術規范》CECS 24的規定。

做好鋼結構建筑的防火設計，應注意以下幾個方面:

1）根據建筑物的火災危險性和重要性，合理確定建筑的耐火等級。各種建筑由于其使用功能和重要性的不同，火災危險性存在差異，我們設計時要根據業主提供的建筑要求，根據《建筑設計防火規范》和《高層民用建筑設計防火規范》，確定建筑物的火災危險性，再根據火災危險性，確定建筑的耐火等級。比如一個80 m高的綜合樓，根據《高層民用建筑設計防火規范》其屬于一類高層建筑，它的耐火等級應為一級，其梁、柱、屋頂承重構件的耐火極限應分別不低于2 h、3 h、1.5 h。如果我們在設計時沒有正確核定耐火等級，確定的耐火等級過高或過低，都會造成我們設計失誤，造成浪費或不安全。

2）無防火保護的鋼結構的耐火時間很短，通常僅為10～20 min，耐火性能很差。為了提高鋼結構的耐火極限，必須采取適當的防火保護措施。對鋼結構進行防火保護的方法主要有:

①外包層。就是在鋼結構外表添加外包層，可以現澆成型，也可以采用噴涂法。現澆成型的實體混凝土外包層通常用鋼絲網或鋼筋來加強，以限制收縮裂縫，并保證外殼的強度。噴涂法可以在施工現場對鋼結構表面涂抹砂泵以形成保護層，砂泵可以是石灰水泥或是石膏砂漿，也可以摻入珍珠巖或石棉。外包層也可以用珍珠巖、石棉、石膏或石棉水泥、輕混凝土做成預制板，采用膠黏劑、釘子、螺栓固定在鋼結構上。

②屏蔽法。鋼結構設置在耐火材料組成的墻體或頂棚內,或將構件包藏在兩片墻之間的空隙里，只要增加少許耐火材料或不增加即能達到防火的目的。這是一種最為經濟的防火方法。在鋼結構的迎火面設置阻火屏障，將構件與火焰隔開，阻止火災煙氣直接作用于鋼構件。例如，鋼梁下面吊裝防火平頂，鋼柱內側設置有一定寬度的防火板等。

③涂抹防火涂料。將防火涂料涂覆于鋼構件表面，這種方法施工簡便、重量輕、耐火時間長，而且不受鋼構件幾何形狀限制，具有較好的經濟性和實用性，是目前應用最多的鋼結構防火保護手段。鋼結構防火涂料的品種較多，通常根據高溫下涂層變化情況分膨脹型和非膨脹型兩大系列,按涂層厚薄、成分、施工方法及性能特征不同可進一步分成不同類別。

④水淋冷卻法。水淋冷卻法是在鋼結構上部布置自動噴淋系統，發生火災時，啟動噴淋在鋼結構表面形成一層連續的水膜，達到保護作用。

⑤澆筑混凝土或砌筑耐火磚。采用混凝土或耐火磚完全封閉鋼構件。這種方法優點是強度高、耐沖擊，但缺點是要占用的空間較大。例如，用C20混凝土保護鋼柱,其厚度為5～10 cm才能達到1.5～3 h的耐火極限。另外，施工也較麻煩，特別在鋼梁、水平支撐、柱間支撐上，施工非常困難。

⑥包覆耐火輕質板材。采用纖維增強水泥板、石膏板、硅酸鈣板、蛭石板等耐火輕質防火板將鋼構件包覆起來。防火硅酸鈣板和蛭石板重量輕、防火性能好。這類防火板由工廠加工，表面平整，裝飾性好，施工為干作業，用于鋼柱防火具有占用空間少、綜合造價低的優點。

3）鋼結構建筑設計時要充分考慮人員疏散問題。由于鋼結構建筑自身存在的弱點，我們在設計時要充分考慮人員疏散的因素，將人員密度指標和鋼結構建筑的特點綜合起來考慮，嚴格對安全疏散路線、疏散距離、疏散寬度進行設計，保證人員疏散時間小于建筑構件的耐火極限，確保火災時人員能安全逃生，避免群死群傷火災事故的發生。