鋼結構建筑防火設計和保護策略探究

張祥偉 崔均鋒

鋼結構建筑防火設計和保護策略探究

張祥偉 崔均鋒

在工業廠房、住宅建筑工程施工建設過程中，常會用到鋼結構。鋼結構建筑防火、耐火保護設計非常重要，本文將對此進行研究，并在此基礎上談一下筆者的觀點和認識，僅供參考。

防護設計；鋼結構建筑；保護策略；研究

1 鋼結構建筑防火設計要點

一防火設計之初，應當全面了解其施工建設工藝流程、成品半成品以及原材料等，基于對未來可能出現建設的潔凈車間高危險等級考慮，還應當避免遺留后續問題。目前鋼結構防火與保護時間，都是嚴格按照建筑設計防火規范等規定，對鋼結構建筑構件的耐火極進行確定的。①對鋼構件耐火保護，以確保火災發生時溫度不會超過臨界點，而且結構在火災中的穩定性不受嚴重影響；②對鋼結構廠房內進行防火分區，以免火勢向其他地區蔓延。利用防火墻將鋼結構廠房分隔，存在著一定的不可行性。這主要是因為鋼結構廠房的大空間分割，會影響內部空間的通透度；從工藝要求來看，施工應用保持連續性，而且廠房內的組織工作不能中斷。基于生產管理的視角來看，很多建設方不會接受該種設計方案。對此，筆者建議利用防火門或者防火卷簾，對防火分區進行劃分。

同時，在鋼結構建筑防火設計過程中，還可采用自動噴水滅火設施對防火分區進行劃分，設置自動噴水滅火裝置，每一層的最大防火分區面積至少增加一倍。第一以自動噴水滅火系統設計規范為基礎，進行優化設計。鋼結構建筑高度超過8m者，自動噴水滅火系統將失去了意義。實踐中，如果沒有特殊的工藝要求，則應當盡可能對防火分區進行劃分，這對減少火災的蔓延非常有利，而且為火災發生時的人員及時疏散以及火災撲救，提供了非常有利的條件。對于防火分區而言，應當以分隔局部堆放大量的易燃可燃物等部位作為重點，并且根據火勢情況及其蔓延趨勢，對應選擇防火墻、水幕以及防火卷簾等進行分隔。其中，水幕可在一定程度上起到防火墻的作用，并且利用獨立的水幕作為防火分隔，效果非常的好。對于防火水幕帶而言，建議選擇噴霧型噴頭或者雨淋式水幕噴頭。一般而言，水幕噴頭排列至少三排，水幕的寬度至少5m，流量在2L/（s-m）以上。從應用實踐來看，該種分隔方式比較靈活，理論上來講跨度再大均可。正常情況下，一旦發生火災并需防火分隔，即可立即有效的將其分隔開來。然而，將獨立的水幕作為防火分隔解決方案，需水量非常的大，而且廠房中火災開始時表現出局部性特點，只需若干個滅火器即可應對之。在此過程中，應當對水幕啟動時機進行嚴格控制，以免出現誤動。筆者建議，在設計過程中，采用人工方式啟動。實踐中可以看到，因填充材料具有可燃性特點，聚氨酯以及聚苯乙烯等建材耐火性相對較差，采用該建筑火災荷載可提高9～30%。在低等級鋼結構廠房中，需嚴格控制以及改造火災危險性用途。

目前多數鋼結構廠房采用的是自然通風排煙模式，較之于機械排煙模式，有其自身的優點。易溶性排煙窗在現代鋼結構建筑中的應用比較適合，在滿足自然采光條件下，可起到有效排煙作用。自然條件下，風速越小，火源上方頂部位置的排煙就越快。基于此，在鋼結構建筑中建議考慮在適當的位置布設天窗，或者在墻壁上布設更多的通風口。火場破拆排煙過程中，應當破拆上風向的門窗和墻壁，使其快速的排煙，減緩火勢蔓延。

2 以鋼結構建筑防火保護方法

2.1 截流法

截斷因火災發生而產生的熱流量向構件傳輸，使鋼結構構件在一定的時間范圍內溫度勝過不超過臨界溫度。具體而言，就是在鋼結構表面布設保護材料，一旦發生火災，先將高溫傳給保護材料，然后再傳給鋼結構構件。設計過程中，所選材料具有較強的熱容性，可以有效阻滯熱流向鋼結構傳輸，起到很好的保護作用。該種方法，又包括噴涂法、屏蔽法以及包封法和水噴淋法，具體分析如下：①噴涂法：對于噴涂法而言，其主要是利用噴涂機具把防火涂料噴于鋼結構構件表面上，從而形成保護層。從實踐來看，該種防火保護方法適用范圍比較廣泛，在任何鋼結構構件保護過程中均可應用；②包封法：該種方法是在鋼結構構件的表面做一層耐火保護層，然后將構件有效的包封在里面；③屏蔽法：該方法是將鋼結構包藏于墻體或者吊頂中，在鋼梁、屋架下作耐火吊頂。一旦發生火災，鋼梁、屋架溫度升高延緩，這在很大程度上可以有效提高鋼結構構建的耐火能力。值得一提的是，該種方法可以增加鋼結構建筑室內美觀度，但吊頂位置的接縫以及孔洞處處，一定要嚴密，以免出現竄火現象；④水噴淋法：該種方法在鋼結構頂部位置布設噴淋供水管網，一旦發生火災，就會自動啟動噴水裝置，并在鋼結構建筑構件表面形成連續流動水噴，起到有效的耐火保護作用。

2.2 疏導法

較之于截流法，疏導法有其差別。疏導法應用條件下，可將熱量傳至鋼結構構件之上，并將熱量帶走；改造方法的應用，可使鋼結構構件溫度不會升高至臨界溫度，保護作用得以體現。疏導法是一種充水冷卻型保護方法，比如美國匹茲堡的鋼鐵公司大廈，就利用了疏導法，在空心封閉截面中充滿水，一旦發生火災，鋼結構構建將從火場吸收的熱量傳輸給水，通過水蒸發將熱量帶走。從理論上來講，該種方法可以很好地起到保護鋼結構的效果。該方法應用過程中，鋼結構構件類似于盛滿水被加熱的一種容器，只要充滿了水，而且水位達標，鋼結構構件所吸收的熱量即可不斷被帶走。冷卻水通過高位水箱補充，水蒸氣從排氣口中排出。如果鋼結構柱的高度過高，則可將其分成若干個循環系統，以免柱底水壓過大；為了有效防止水結冰、銹蝕，可在水中適當添加一些阻銹劑或者防凍劑等。水冷卻不僅可以單根柱自成一個系統，而且也可以多根柱相互聯通。其中，前者主要是靠水蒸發來散熱，而后者不僅可以蒸發散熱，而且還可借水溫差形成一個循環，將熱量導入溫度相對較低的結構柱之中。

2.3 涂防火涂料

鋼結構建筑防火涂料，主要有超薄型、薄型以及厚型和礦物棉類的鋼結構防火涂料。具體有以下應用要求：防火涂料具有難燃燒性，使鋼結構與空氣之間不接觸，以免基材著火燃燒；當防火涂料遇火時，就會受熱分解，然后釋放出不燃燒的氣體，并將基材因受熱分解而釋放的易燃氣體、空氣內的氧氣沖淡，這有利于抑制燃燒。燃燒被視為一種游離基造成的連鎖反應，含氨和磷的涂料受熱分解以后，釋放出活性自由基團，結合有機自由基以后，通過中斷連鎖反應，可使燃燒速度降低。

3 結束語

總而言之，鋼結構建筑防火設計過程中，主要以避免或降低火災發生率、減少經濟損失和避免人員傷亡為目的。鋼結構建筑防火設計時，應當立足實際，結合鋼結構建筑的實際情況以及施工建設要求，全面把握和考慮實踐中存在的問題與要素，只有這樣設計出來的鋼結構建筑防火和保護方案才更有針對性和實效性。

TU391

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1004-7344（2016）21-0322-01

2016-7-8