钢结构工业厂房的防火涂料在设计与施工中应注意的问题

刘宵亚

【摘 要】钢结构防火涂料在钢结构建筑中应用广泛，也是钢结构建筑消防设计中重要的研究课题之一。文章结合实际工程经验，探讨了钢结构工业厂房的防火涂料在设计、施工中应注意的问题，并提出了相应的解决方案，以供广大设计师与工程人员参考。

【关键词】钢结构；防火涂料；工业厂房；设计与施工

【中图分类号】TU391 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）05-0147-04

近年来，钢结构以其施工速度快、自重轻、抗震性能好，以及有利于环境保护、节能及建筑产业化等优点，已成为中国工业建筑业的主流。现阶段，随着“一带一路”战略进一步加速推进，大面积的钢结构厂房、多功能厂房、发电厂、物流仓库等工业建筑项目正在中国及世界各地如火如荼地展开。由于钢结构耐火性能较砌体及混凝土结构差，因此对钢结构的防火保护就显得尤为重要，钢结构防火涂料就是最为常用的消防保护措施之一。随着新的《建筑设计防火规范》于2015年5月1日正式实行，钢结构防火涂料的研究、生产及应用已逐渐进入了高峰阶段。

1 建筑钢结构防火涂料的作用机理及分类

1.1 影响钢结构构件升温速率的主要因素

（1）构件截面系数（截面周长/截面面积）如图1所示。其中，截面周长是指暴露于火灾或者热源中的部分的周长，截面系数越小，则钢构件暴露于火灾或者热源中的部分越少，其升温速度越慢，构件的耐火时间越长，这是决定防火涂料涂层厚度的重要因素。

（2）钢结构构件的厚度。薄的构件升温速率高于厚的构件。

（3）静荷载。当静荷载越小时，使钢结构失去承载能力的温度就越高。

（4）构件受力形式。柱、梁、网架构件等由于其功能及位置的不同，承受的应力（例如压力、拉力或者弯曲应力等）作用的类型也不同，其耐火性能也不尽相同。

防火涂料的性能测试正是基于以上原理进行，并通过详细计算不同受火方式、截面形状及截面系数等因素，得到各耐火极限所需防火涂料的涂层厚度。

1.2 钢结构防火涂料的分类

根据防火涂料作用机理的不同，建筑钢结构防火涂料大致可分为膨胀型和非膨胀型防火涂料2种。

（1）膨胀型防火涂料。膨胀型防火涂料也称为薄型防火涂料。膨胀型防火涂料涂层受热时能膨胀发泡，形成一个比涂层厚几十倍乃至几百倍的耐燃海绵状炭质层，从而断绝火焰对被保护钢材的直接加热，延缓钢材升温，保护钢构件。膨胀型防火涂料主要应用于耐火极限2 h以内的钢结构构件，具有自重轻、装饰效果好、施工简便、防潮、耐腐蚀等优点。

（2）非膨胀型防火涂料。非膨胀型防火涂料也称为厚型防火涂料。非膨胀型防火涂料依靠材料的不燃性、低导热性及隔热性，对钢构件起到了屏蔽和防止热辐射的作用。非膨胀型防火涂料主要应用于耐火极限超过2 h的钢结构构件，具有耐火时间长、环保等优点。

按照使用环境，建筑钢结构防火涂料还可以分为室内和室外2种类型。室外型防火涂料对耐久性、防腐蚀性均有严格的要求，要求在室外环境下仍能做到不开裂、不起皮、不脱落，也不会出现任何变色、粉化现象。目前，由于技术原因，大多数国内防火涂料公司仅能提供厚型室外防火涂料，只有少数几家国外知名防火涂料公司可以提供薄型、超薄型室外防火涂料。

因此，在设计与施工时，我们需注意室内型与室外型防火涂料的区别，不得将室内型防火涂料用于室外钢构件，并对厚、薄型防火涂料做出适用的选择。

2 防火涂料在设计与施工中遇到的问题与解决方法

2.1 屋顶承载构件的界定

在《建筑设计防火规范》（GB50016—2014）中的第3.2.1条中，对不同耐火等级的厂房和仓库建筑构件进行了耐火极限的划分，其中一项为“屋顶承载构件”。因此，在建筑设计中，我们对屋顶承重构件增加了防火涂料的消防要求。

屋面钢檩条是直接承担屋面围护系统的受力构件，大部分设计人员一般都会认为屋面檩条是属于建筑设计防火规范中提出的“屋顶承载构件”，应该按照规范要求涂刷防火涂料。

然而在《建筑设计防火规范》（2015修改版）给出的“屋顶承载构件示意图”中，却未包括屋面檩条构件，与设计人员的理解有出入（如图2所示）。

由于在钢结构厂房中屋面镀锌钢檩条的用量很大，所以檩条是否应算入屋顶承重构件，对防火涂料的用量和工程造价有着举足轻重的影响。

消防设计应从全局出发，统筹兼顾，既做到安全适用，又经济合理。考虑到安全性，该问题应从建筑整体结构安全性的角度考虑。如果屋面檩条构件失去承载能力或稳定性后，会对整体建筑结构稳定性产生影响，可能导致建筑物倒塌时，则该构件应算入“屋顶承重构件”，增加消防要求，例如参加钢梁平面外整体计算的屋面檩条；反之，如果该屋面檩条构件退出工作对整体建筑结构稳定性没有影响，则不需增加消防措施，例如不参与结构整体计算的檩条。

根据实际工程设计经验，笔者对钢结構工业厂房的几种主要结构形式的屋面檩条做了分类。

（1）门式刚架结构。该结构形式下主要钢构件要求设计经济合理，计算时一般都会考虑屋面檩条作为钢梁平面外稳定的一个支撑，当该屋面檩条退出工作时会对钢梁的整体稳定造成影响，从而影响整体结构的稳定性。因此，门式钢架上的屋面檩条一般应算入“屋顶承重构件”。

（2）钢网架结构。该结构形式的屋面檩条多为主副檩结构，主檩连接于上弦球节点的支托上，计算时只考虑檩条的自重，并不考虑其对其他主体结构构件的影响，也不参加结构整体计算，对整体结构的稳定性没有影响。因此，钢网架结构上的屋面檩条一般可不算入“屋顶承重构件”。

（3）钢框架、排架结构。该结构在计算屋面钢梁时，有时会考虑屋面檩条对钢梁整体稳定的支撑作用，需根据各设计具体情况确定。建议在消防设计时，咨询相应的结构设计人员来决定是否将屋面檩条算入“屋顶承重构件”。

实际工程中，由于屋面檩条防火涂料工程量及费用占比大，经常发生多方对屋面檩条是否属于“屋面承重构件”，是否需要涂刷防火涂料的争执，因此在钢结构工业厂房的设计中，应在图纸中明确哪些屋面钢檩条属于“屋顶承重构件”，哪些层面钢檩条是不需要涂刷防火涂料的。这样既能保证建筑消防安全满足规范要求，又能避免建设方糊里糊涂多花钱，也防止工程招标时漏项，做到安全、经济两不误。

2.2 防火涂料与镀锌钢檩条的黏结问题

在工业建筑钢结构厂房中，屋面钢檩条多采用热镀锌处理，具有良好的防锈和耐腐蚀性。然而，由于镀锌层与防火涂料的黏结力不够，在镀锌钢檩条上直接涂刷防火涂料的效果并不理想，容易出现防火涂料附着不均或剥落等现象（如图3所示）。

镀锌钢檩条表面较光滑，在压制及运输过程中，又难免沾染油污，这就导致了镀锌层与防火涂料黏结力不足的问题。通过向国外某知名防火涂料厂家咨询解决方案，也印证了以上结论。

因此，根据该厂家的建议，我们在实际工程中，要求对镀锌钢檩条表面进行清洁预处理，其表面必须无油、油脂及腐蚀性物质，然后才能涂刷防火涂料。该措施有效地保证了防火涂料与镀锌层的黏结力，增加了防火涂料的使用寿命。由于清洁工作量非常巨大，建议广大设计师也将此措施编入设计说明书，这有利于工程量的统计。

2.3 非膨胀型防火涂料对钢结构墙面围护安装的影响

在钢结构工业厂房中，2 h以上的钢结构构件宜采用非膨胀型（厚型）防火涂料。因此，一般厂房钢柱均需采用厚型防火涂料。根据国内某家防火涂料厂提供的参数，耐火极限2.5 h所需厚型防火涂料的厚度约25 mm。而在钢结构围护设计时，钢柱与墙面檩条间一般仅预留20 mm空间，该空间内需安装内墙板，内墙板采用彩钢板时波高约15 mm，剩余5 mm基本仅能满足施工误差的需求，钢柱在该面的厚型防火涂料层无法满足基本厚度要求，甚至不能施工，消防验收也无法通过（如图4所示）。

在设计中，应根据钢柱防火涂料厚度做出相应的调整，建议采用以下2种解决方案。

（1）在内墙板与钢柱间预留足够的空间（如图5所示）。该方案涉及建筑外轮廓及钢柱定位问题，应在设计初期就商定好。

（2）内板不插入钢柱，设计增加墙内板与钢柱的收边节点（如图6所示）。该方法较灵活，对前期方案定位无影响，但墙板安装工序有所增加，需增加建筑设计节点，并提醒彩板供应商深化设计时注意放样尺寸，尽量避免现场切割，影响墙面平整美观。

2.4 非膨胀型防火涂料的荷载问题

根据建筑设计防火规范，当钢结构建筑耐火等级为一级时，钢梁的耐火极限要求2 h。那么，钢梁与钢柱都可能需要采用非膨胀型（厚型）防火涂料（如图7所示）。

前文已介绍非膨胀型防火涂料厚度一般不小于25 mm，对构件有一定自重的增加。根据国内某家防火涂料厂提供数据，非膨胀型防火涂料干密度约650 kg/m3，当一根截面为800（h）×300×14×20的“H”形钢需涂刷非膨胀型防火涂料时，计算其自重至少增加45 kg/m。

然而，许多工程设计中并未考虑构件上厚型防火涂料的这部分自重，这在一些轻型钢结构厂房结构中则更加不安全。建议广大设计师在设计门式刚架及一些荷载较小的轻型钢结构厂房时，注意非膨胀型防火涂料对结构自重的影响，应在设计初期明确并提醒结构工程师哪些构件需要涂刷非膨胀型防火涂料。

2.5 非膨胀防火涂料的外观问题

非膨胀型防火涂料的施工方法类似墙面腻子粉刷，不能调色，较粗糙，干燥后为中灰色，与混凝土颜色相近。因此，非膨胀型防火涂料的外观与一般油漆构件、薄型防火涂料构件及金属墙面都很不协调（如图8所示）。

最简单的解决方案就是根据建设方要求的颜色，在防火涂料外再涂刷用调好颜色的普通墙面涂料。由于面漆涂料的增加涉及工程费用的增加，所以建议在类似钢结构工业厂房建筑设计时，事先向建设方阐明非膨胀型防火涂料外观问题，再根据建设方的要求确定是否需要增加非膨胀型防火涂料的面层涂料说明。

3 结语

钢结构防火涂料在钢结构工业厂房中应用广泛，是建筑消防设计中最重要的环节之一。本文帮助广大设计师及工程人员从钢结构的受热特性和防火涂料的防火机理入手，根据新版规范，针对钢结构工业厂房中屋顶承重构件的界定、防火涂料与镀锌构件的黏结、非膨胀型防火涂料对围护墙面设计、安装的影响及实际工程项目中遇到的一些防火涂料设计、施工问题提出了有效的解决方案，并在实际工程中成功应用，通过了消防及竣工验收，供同行参考。

参 考 文 献

[1]郭景，高杰，蔡昭昀.GB 50016—2014《建筑設计防火规范》解读[J].工业建筑，2016，46（10）：131-135.

[2]胡胜利，戴淑娟，国鼎.超高层建筑钢结构防火涂料[J].消防科学与技术，2015（4）：517-519.

[3]石永久，白音，王元清.大空间钢结构的防火设计与防火涂料选用[J].新型建筑材料，2005（4）：54-57.

[4]魏云波，侯兆欣，赵旭，等.国外钢结构防火涂料工程应用[C].2010全国钢结构学术年会论文集，2010.

[5]白斌，王月玥，王轶杰.火灾中的建筑结构垮塌预测

[J].消防科学与技术，2016（3）：304-307.

[6]冯浩.浅谈钢结构防火涂料存在的问题[J].工程技术：全文版，2016（8）：301.

[责任编辑：陈泽琦]