钢结构防火

孙晓辉

（济南方圆经纬建筑设计有限公司，山东 济南 250100）

引言

近年来，我国建筑工程领域中混凝土和砌体结构一统天下的局面正在发生变化，钢结构由于其具有强度高、自重轻、施工速度快等一系列的优点，钢结构经常作为首选结构形式被大量地运用于厂房、机场、体育馆等大中型建筑，与钢筋混凝土结构等其他结构形式相比，钢结构有一个致命的缺点是抗火性能差。随着钢结构建筑的广泛应用，钢结构的防火问题越来越受到科研人员及设计工作者的重视。

钢结构防火意义重大。采取防火保护措施的钢结构，可以延长火灾情况下钢结构达到临界温度的时间，减轻钢结构在火灾中的破坏，避免钢结构在火灾中局部或者整体倒塌造成灭火和人员疏散的困难以及人员伤亡；可以减少火灾后钢结构的修复费用，缩短灾后结构功能恢复周期，减少间接经济损失。

1 钢结构的优点

钢结构与其他结构形式相比，在使用、设计、施工、造价方面都有极大优势，而且可以随时移动。

工业化程度高，可以进行大批量生产，将设计、生产、施工一体化，全面提高建设产业的水平；节能效果好，节能50%，保温性能好，抗震度好；延性好、塑性变形能力强，能够避免建筑物的倒塌性破坏；钢结构安装施工简便。钢结构由专业化金属构件厂生产构件，在工地上用电焊或螺栓（或高强螺栓）连接起来，施工速度快；环保效果好 ，在建筑物拆除时，大部分材料可以循环使用或降解，不会对环境造成污染；自重轻，可以大大减少基础造价；钢结构在平面布局上的灵活性，则是另一重要特点。

2 火灾对钢结构的危害

对于一般钢材来说，温度在200℃以内强度基本不变，温度在250℃左右产生蓝脆现象，超过300℃以后屈服点及抗拉强度开始显著下降，达到600℃时强度基本消失。另外，钢材长期处于150～200℃时将出现低温回火现象，加剧其时效硬化，若和塑性变形同时作用，将更加快时效硬化速度。2001年美国911事件中被恐怖分子袭击的纽约世界贸易中心双塔正是由于局部火灾导致钢结构逐渐丧失承载能力，从而使双子塔的结构完全失效，乃致最后的坍塌。

3 结构耐火极限

根据我国有关基本建设的方针和“预防为主、防消结合”的消防工作方针，建筑防火问题是建筑工程师时在设计时需要考虑的重中之重，然而工程中的结构防火问题却经常被结构工程师所忽视。建筑的耐火等级、最多允许层数和防火分区最大允许建筑面积、防火间距、安全疏散等作为建筑防火设计问题，其目的是当火灾发生后，最大程度的阻止、延缓建筑物的坍塌时间，避免造成人员和财产的巨大损失，给灭火和救援赢得时间。然而，靠结构支承的防火墙，如果火灾中承重结构遭到破坏，防火墙也很难发挥其防火分隔的作用。此外，建筑物构件如果在火灾中遭遇破坏，对于人员的疏散撤离以及消防队员进入建筑物内扑灭大火会造成严重影响。因此我国《高层民用建筑防火设计规范》GB 50045-95（2005年版）以及《建筑设计防火规范》GB50016-2006以及其他相关规范都有对建筑物构件的燃烧性能和耐火极限的相关规定。

4 钢结构的防火保护

钢结构的防火应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016和《高层民用建筑防火设计规范》GB50045的要求，结构构建的防火保护层应根据建筑物的防火等级对各不同的构件所要求的耐火极限进行设计。防火涂料的性能、涂层厚度及质量要求应符合现行国家标准《钢结构防火涂料》CECS 24的规定。

4.1 钢结构防火保护的主要方法

包封法、屏蔽法（钢结构屋盖系统常用这种保护方法）、水冷却法 、喷涂法（这是目前常用的方法）。

4.2 钢结构防火涂料设计

防火涂料是钢结构防火中最常用的方法。这是一种功能性涂料，除了具备一般涂料的装饰、保护性能外，还具有一项特殊功能：防火。钢结构防火涂料的防火工作原理主要有3个：最外侧涂层对钢基材的屏蔽作用；涂层吸热后使得部分水蒸汽或其他不燃气体从中释放出来，起到消耗热量、降低火焰温度和燃烧速度、稀释氧气的作用；涂层本身多孔轻质以及受热后形成碳化泡沫层，阻止热量的传递，推迟钢材强度的降低，从而延长建筑构件的耐火极限。

5 结语

钢结构的防火直接影响着结构的安全。钢结构建筑防火是目前建筑结构中防火要求最高的，在设计与施工中，虽然钢结构的防火方法较多，但是依然存在大量问题。因此，必须进一步深入研究钢结构防火，提高钢结构耐火极限，减少经济损失，保证人民群众安全。

[1] 中国工程建设标准化协会.GB 50017-2003 钢结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2006.

[2] 中华人民共和国公安部.GB 50016-2006 建筑设计防火规范[S].北京：中国计划出版社，2006.

[3] 中华人民共和国公安部.GB 50045-95 高层民用建筑设计防火规范[S].北京：中国计划出版社，2005.

[4] 公安部四川消防科学研究所.GB 14907-94 钢结构防火涂料通用技术条件[S].北京：中国标准出版社，1994.

[5] 公安部四川消防科学研究所.CECS 241 钢结构防火涂料应用技术规范[S]. 北京：中国计划出版社，2005.