淺談鋼結構防火保護

張志博 朱紅振（鄭州大學土木工程學院，河南 鄭州 450001）

淺談鋼結構防火保護

張志博 朱紅振
（鄭州大學土木工程學院，河南 鄭州 450001）

隨著我國鋼結構建筑物的不斷發展，鋼結構防火問題顯得越來越突出和重要，為了滿足建筑物高度高和跨度大的要求，鋼結構的應用越來越普遍，可是鋼結構的發展卻被鋼材耐火性能差這點所大大制約。本文主要介紹了鋼結構的耐火極限、防火措施和耐火機理等。

鋼結構；防火保護

1 鋼結構的現狀及應用分析

1.1 鋼結構的現狀

伴隨著經濟的高速增長，建筑業也在蓬勃發展，大跨度，超高層的建筑越來越多。同時，鋼結構在建筑中的運用也越來越多。伴隨著人們生活水平的不斷提高，對高層、大跨度結構的要求也越來越高。而鋼結構由于本身強度高、自重輕、施工快的獨特優點,成為高層、大跨度建筑,尤其是超高層、超大跨度建筑的理想選擇對象。

1.2 鋼結構的優點和缺陷

鋼材具有強度高、塑性好、抗震好、重量輕等優點，這些優點使得鋼結構既有良好的承載力，又能滿足建筑設計中對造型不斷多樣化的要求。鋼材為非燃材料，但是它的耐火性能非常差，其導熱系數約為混凝土材料的40倍，例如彈性模量、屈服強度等力學性能則對溫度非常敏感。隨著溫度的不斷升高，鋼材的屈服強度，彈性模量，抗拉強度是呈不斷降低的趨勢，但這些達到150℃以下時變化不大，可是當溫度超過300℃時，鋼材的抗拉強度、彈性模量、屈服強度開始出現顯著下降的現象，并且伸長率開始進一步明顯增大，此時鋼材產生徐變；當溫度達到400℃以上時，鋼材的強度和彈性模量都加劇降低；到500℃左右，鋼材的強度將會下降到40%-50%，鋼材的屈服點、抗壓強度、彈性模量等力學性能都迅速下降，低于建筑結構所要求的屈服強度。實際生活中火場溫度都在800℃-1000℃左右，當火災發生5min后溫度已達到550℃以上。因此，如果沒有重視普通鋼材的防火保護，一旦發生火災，這些建筑將很快倒塌，以至于危害到人們的生命和財產安全。[1]

1.3 鋼結構保護的現狀

隨著越來越多的人防火意識的提高,如今鋼結構越來越多都進行了防火方面的處理。但在有些地區,情況仍不太樂觀。尤其是一些開發區和工業園內的廠房，大多還是以鋼結構為主,但是這些建筑很多沒有按照消防要求來對建筑物進行處理,一旦將來這些建筑發生火災,將很快造成結構的破壞。

2 鋼結構的防火原理

一般普通的鋼結構，即未進行防火處理的鋼結構耐火極限大約為15分鐘，防火保護的目的就是讓耐火極限達到設計規范的要求內。火災時產生的熱量傳到結構，使鋼材表面受熱，由于鋼材導熱系數比較大，且鋼結構構件大多是薄壁截面，都有較小的板厚，因此鋼結構構件的內外溫度差不多。因此當鋼材表面受到高溫時，會迅速引發到整個構件，進而導致結構承載力急劇下降乃至整個結構破壞。因此防火保護的方式雖然有很多，但它的原理都是用耐火或者防火材料來抵抗溫度蔓延，降低熱量傳遞的熟讀，延緩結構達到臨界溫度。

3 防火保護措施

3.1 水冷卻法

抵御火災最有效的方法是往空心型鋼里注水。這種方法在發生火災時能使鋼材溫度不至于太高,水在鋼結構內循環熱量,吸收鋼材受熱產生的熱量。受熱的水冷卻后可以再循環利用,或重新引入新的冷水來代替。對于非空心型鋼的結構,可以將噴淋供水管網設在鋼結構頂部,當發生火災時,水管網自動(或手動)開始噴水,在構件表面形成一層持續流動的水膜,從而達到應有的保護作用。[2]

3.2 外包層法

即在鋼材表面包裹外包層以阻隔火焰。外包層可以用現澆的混凝土來當作防火保護層，外包層可以采用混凝土、加氣混凝土等，這些材料既不會燃燒，又擁有較大的熱容量，可以減緩鋼構件的升溫。 同時也可用砂漿當做保護層，以提高整個構件耐火極限。還可以采用輕質的耐火材料，例如石膏板、珍珠巖板等包覆鋼構件，并用螺栓或粘結劑等連接件固定在構件上。

3.3 屏蔽法

將鋼結構放置在由耐火材料組成的頂棚或墻體內,或將構件放置在兩片墻之間的空隙里,這樣的話由于被耐火材料保護，發生火災時鋼結構的升溫大為延緩,有效提高了鋼結構的耐火能力,這是防火方法中最為經濟的一種,但同時要注意吊頂的孔洞、接縫處應密封,防止發生竄火現象。但目前看來許多大跨度建筑、輕鋼結構廠房其鋼結構材料直接在室內裸露,所以不建議采用此種防火措施。

3.4 噴涂法

用專業噴涂機具將直接在鋼構件表面噴涂防火材料，形成隔熱耐火保護層。涂層對鋼構件起些屏蔽作用，使其不在火焰高溫中直接暴露；涂層在吸熱以后，同時能釋放出水蒸氣以及其他非燃氣體，從而起到消耗熱量、燃燒速度和降低火焰溫度、稀釋氧氣的作用；另一方面，由于涂層本身就多孔輕質，所以其受熱后會形成碳化泡沫層，碳化泡沫層會阻止熱量向鋼材傳遞的速度，這些都延緩了鋼材強度的降低，從而提高了鋼結構的耐火極限，這便是噴涂法能發揮防火作用的原理。鋼結構防火涂劑根據膠粘劑的不同可分為無機防火涂料和有機防火涂料這兩類,根據涂層厚度分為以有機材料為主的薄型、超薄型膨脹涂料，或者以無機材料為主的厚型非膨脹涂料。

4 結語

由于鋼結構的重量比較輕, 工業化程度比較高，抗震性能比較好,是一種綠色環保的產品,其具有可持續發展空間。并且我國的鋼總量位居世界第一,為發展鋼結構建筑提供了充足的物質基礎,所以我國擁有廣闊的鋼結構市場。在此基礎上，合理應用防火材料對鋼結構進行防火保護,是提高鋼結構建筑耐火等級的有效措施。

[1]蔡建中，夏文麗,楊霞.關于建筑鋼結構防火保護技術的幾點思考[J].上海涂料，2014，52（1）:42-43.

[2]劉磊.淺談鋼結構防火保護措施[J].科技資訊，2009，（10）:113.

TU714

B

1007-6344（2016）04-0254-01

張志博，河南省平輿縣，鄭州大學土木工程學院土木工程系，本科在讀

朱紅振，河南省開封市杞縣，鄭州大學土木工程學院土木工程系，本科在讀