論鋼結構建筑防火設計

周錚

摘要：主要介紹了鋼結構建筑的防火設計方法，被動耐火保護措施，以及主動滅火措施的主動保護措施。

關鍵詞：鋼結構；防火涂料；自動噴水滅火系統

前言

近年來，我國的高層、超高層建筑和大空間、大跨度的建筑越來越多，在這些建筑中也大多采用具有強度高、抗震性能好、結構自重小、建筑施工周期短的鋼結構。由于這些場所的人員、可燃物種類與數量等也日益集中，這使得對鋼結構建筑的防火設計顯得尤為重要。下面將簡要探討幾種防火設計方法的優缺點和適用情況。

一、鋼結構構件的被動耐火保護

不依靠抑制火災的增長或降低火災的燒熱釋放率來保護鋼結構構件不受火災嚴重影響的方法，即是鋼結構構件的被動耐火保護。它主要是通過采取一定的措施，來吸收構件所接受的熱量，或將結構構件與高溫煙氣和火焰隔離，使構件在火災作用下仍能發揮各項功能。具體可在鋼結構構件表面包封或覆蓋燃的熱惰性材料，或在火災時充入循環水冷卻保護。

1.澆筑混凝土或砌筑耐火磚

由于混凝土和耐火磚耐火性強，通過在鋼結構構件周圍澆筑混凝土或砌筑耐火磚，能將鋼構件與高溫煙氣和火焰隔離開來，從而在一定程度上能避免鋼結構構件遭到火災的損壞。這種方法在實際工程中用得比較多，比較適合于鋼柱的保護，但對于梁等其它構件就不是很實用了，因為在梁上施工比較麻煩，而且會增加自重。這種保護方法也不適用于初期升溫很快的火災，在高溫作用下易發生崩裂現象。

2.采用輕質耐火材料包覆

在鋼結構構件表面包覆蛭石板、珍珠巖板、石膏板、石棉水泥板、硅酸鈣板等輕質耐火材料，也能很好的保護鋼結構構件免受火災的損壞。其中珍珠巖板和石膏板的最高使用溫度為600℃，蛭石板的最高使用溫度為850℃，它們雖然容重小，但很難達到鋼結構耐火保護的目的。纖維增強普通硅酸鈣板可達650℃～950℃，它作為建筑防火材料在日本高層建筑中使用較多。防火板包敷屏蔽保護鋼結構構件具有成本低、適用性強、施工方便和施工質量易控制等優點，在建筑鋼結構防火保護中有很好的應用前景。此外，纖維增強復合材料也是一種較好的耐火包敷材料，這類材料具有熱容高、燒透時間長、隔熱性能良好等優點。

3.噴涂鋼結構防火涂料

在鋼結構表面涂裝防火涂料，以增大其絕熱性能和推遲結構失穩的時間，這是一種比較傳統的鋼結構防火方法。在受到高溫或火焰作用時，鋼材表面厚厚的防火涂料層能起到屏蔽作用，避免構件直接暴露在火中。尤其是膨脹型涂料暴露在高溫下時，體積可膨脹體達到50～200倍，如此厚的保護層能有效阻止熱量傳導到鋼材上。有的防火涂料吸熱分解放出水蒸氣或二氧化碳，也能在一定程度上降低火焰溫度和燃燒速度具。但其主要作用在于涂料本身是多孔材料，受熱膨脹后能形成炭化泡膜絕熱層，其熱導率比鋼材和混凝土的低很多，從而起到隔熱保護作用。

采用防火涂料保護鋼結構的方法具有自重輕、施工方便等優點，但耐火極限受涂料質量、施工工藝與質量以及環境的溫度和濕度等因素的影響很大。另外，在施工過程中還存在涂料選型不當、以次充好、涂層厚度達不到要求等問題，這些都給鋼結構耐火保護帶來了隱患。所以采用防火涂料噴涂保護鋼結構的方法一定要充分考慮以上因素。

4.在鋼結構構件內部充水保護法

在火災發生時，通過向鋼結構構件內部充入循環水來吸走其熱量，從而達到保護鋼結構的目的。但這種方法會在火災時增加結構自重，且需要足夠的水源與供水系統，結構內部也需作耐水腐蝕處理，成本太高，因而國內外應用并不多。

二、鋼結構構件的主動防火保護

對建筑鋼結構構件采用排煙、自動滅火系統等主動消防措施，來排除室內熱量、抑制火災增長和滅火，從根本上消除火災對鋼結構構件的破壞，與被動耐火保護相比，主動防火保護是一種更積極的保護方式。大量實踐證明，只要在火災過程中根據室內火災的發展規律，及時采取措施來排除室內的熱量，降低其燃燒熱釋放率，就能有效防止火災對鋼結構構件和這個建筑的破壞。例如在建筑物內設置自動滅火設施，能有效地撲滅初起火災，避免火災的蔓延擴大，使建筑結構得到保護，同時也為人員疏散提供了時間。

自動噴水滅火系統是目前最有效的自救滅火設施之一，適用于撲救大部分建筑物內的初起火。自動噴水滅火系統的自動噴水的溫度可據設置場所的環境條件而定，其范圍從57℃到343℃不等，在一般的工業與民用建筑中常采用68℃。美國國家標準技術研究院曾做過試驗研究，證實自動噴水滅火系統噴灑數分鐘后，火災的燃燒熱釋放速率下降50%，空間內煙氣的溫度降低到100℃，這就不會發生轟燃現象。這樣即使沒有撲滅火災，也會使其以較穩定的熱釋放速度率進行燃燒，鋼結構也不會被破壞了。自動滅火設施應根據場所內的可燃物性質和建筑的性質與功能來進行選擇，對于工業生產和倉庫中的可燃氣體和可燃液體火就不宜采用自動噴水滅火系統，可用泡沫、干粉等滅火設施進行防護。在建筑物內設置好滅火設施后，還應注意日常維護管理，確保這些設施在發生火災時能完好的工作。

三、結束語

隨著人們對鋼結構建筑防火要求的不斷提高，如何進一步完善和充實現有建筑防火規范、合理確定建筑的火災安全度、改進鋼結構的耐火設計方法、科學經濟地保障建筑的火災安全就成為每一個建筑防火科研人員和建筑設計人員必須正視和解決的課題。

參考文獻：

[1]施樑.鋼結構建筑的消防安全性能化設計--系統方法探討[J].自然災害學報