鋼結(jié)構(gòu)防火原理及防火保護

翁 梅

河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程系（473009）

鋼材具有強度高、重量輕、塑性好、抗震好等優(yōu)點，使鋼結(jié)構(gòu)既有良好的承載能力,又可以滿足建筑設(shè)計中造型多樣化的需求。因此鋼結(jié)構(gòu)具備許多混凝土結(jié)構(gòu)所不可比擬的優(yōu)勢，廣泛用于大跨度、超高層等建筑中。但鋼材卻存在防火性能差這一無法避免的缺陷。鋼材雖然不能燃燒，但其強度卻會隨溫度上升而急劇降低,使結(jié)構(gòu)在火災(zāi)后短時間內(nèi)發(fā)生破壞。因此防火處理便成為了鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一個重要環(huán)節(jié)。

1 防火原理

鋼材在600℃時強度幾乎降為零,從而失去承載能力,而在全負(fù)荷下,建筑鋼結(jié)構(gòu)失去穩(wěn)定的臨界溫度在500℃左右。一般火災(zāi)發(fā)生時,幾分鐘內(nèi)火場溫度就能達(dá)到800℃以上，在這樣的環(huán)境下,裸露的鋼構(gòu)件會很快因高溫而產(chǎn)生塑性變形，最終會導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的失效倒塌。一般無防火保護的鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限約為15分鐘，防火保護的目的就是將耐火極限提升到設(shè)計規(guī)范規(guī)定的范圍之內(nèi)。火災(zāi)時產(chǎn)生的熱量傳遞至結(jié)構(gòu)，使鋼材表面受熱，由于鋼材導(dǎo)熱系數(shù)大，且構(gòu)件大多是薄壁截面，板厚較小，因此構(gòu)件表面與內(nèi)部的溫度幾近相同。當(dāng)鋼材表面遭受火焰灼燒時，高溫會迅速引至整個構(gòu)件或結(jié)構(gòu)，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力降低甚至完全喪失。因此防火保護的措施雖然多種多樣,但究其原理都是用耐火或絕熱材料阻隔火焰，降低熱量的傳遞速度，推遲結(jié)構(gòu)達(dá)到臨界溫度的時間。

2 防火保護措施

近年來，建筑鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用愈加廣泛，但由于鋼材本身不耐火的缺陷,引發(fā)的火災(zāi)事故及其帶來的重大損害已屢見不鮮。因此在建筑設(shè)計中，要加強對鋼材的防火保護，提高其耐火極限，并且還有充分考慮人員疏散的因素，制定必要的應(yīng)急措施，以減少人員傷亡及損失。以下介紹幾種鋼結(jié)構(gòu)中常見的幾種防火保護措施。

2.1 外包層法

即用耐火材料包裹鋼材表面以阻隔火焰。外包層可用現(xiàn)澆混凝土作為防火保護層，材料采用混凝土、加氣混凝土等，既不會燃燒，又具有較大的熱容量，可以推遲鋼構(gòu)件的升溫速度。也可用砂漿涂抹作為保護層,以提高其耐火極限。還可以用輕質(zhì)耐火材料，如石膏板,珍珠巖板等包覆鋼構(gòu)件，并用粘結(jié)劑或螺栓等連接件外包固定在構(gòu)件上。

2.2 屏蔽法

把鋼構(gòu)件隱蔽在由耐火材料組成的墻體或頂棚內(nèi)，由耐火墻體或吊頂起保護作用以延緩鋼構(gòu)件的升溫速度,實現(xiàn)防火目的。這種方法還具有良好的裝飾性，在鋼結(jié)構(gòu)屋蓋系統(tǒng)中就經(jīng)常采用。

2.3 水冷卻法

將鋼構(gòu)件設(shè)為空心截面并連成網(wǎng)絡(luò),在其內(nèi)部充水,以形成封閉水循環(huán)冷卻系統(tǒng)。發(fā)生火災(zāi)時，構(gòu)件內(nèi)的水因溫差作用而形成循環(huán)，帶走熱量并引入涼水，只要保證補充水源并維持水位，鋼構(gòu)件就不會因溫度過高而失去承載力。也可以在建筑內(nèi)部設(shè)置自動水淋裝置,火災(zāi)時頂部水淋裝置會自動噴淋，在鋼材表面形成一層流動水膜，以起到保護作用。

2.4 噴涂法

在鋼構(gòu)件表面用噴涂機具來噴涂防火涂料，以起到防火保護作用，這種方法施工方便，防火性能好，不受結(jié)構(gòu)幾何形體的影響，結(jié)構(gòu)負(fù)荷小，因此也是目前鋼結(jié)構(gòu)防火方法中最常見的一種。目前市場上防火涂料的種類繁多，其防火性能也各有不同。防火涂料主要由薄涂型(B類包括超薄型)和厚涂型(H類)兩種。

1）薄涂型的涂層厚度一般在2～7mm，涂層在火災(zāi)時受熱而膨脹發(fā)泡，形成泡沫狀的隔熱層，以隔斷熱量傳遞，阻礙鋼構(gòu)件升溫，從而提高其耐火極限。具有裝飾性較好，結(jié)構(gòu)負(fù)荷小、施工方便等特點，主要用于耐火極限在1.5小時以下且構(gòu)件裸露有裝飾性要求的結(jié)構(gòu)。超薄型的涂層厚度不超過3mm，涂層受火時膨脹發(fā)泡，形成致密隔熱層以防火保護，具有涂層更薄、裝飾性更好且施工方便的特點，一般用于耐火極限在2小時以內(nèi)且構(gòu)件裸露有裝飾性要求的結(jié)構(gòu)中。這類涂料是近幾年才發(fā)展起來的新種類，備受用戶青睞。

2）厚涂型的涂層厚度一般為8～20mm，受熱并不膨脹發(fā)泡，主要是因其不燃性、低導(dǎo)熱性的特點來阻礙鋼構(gòu)件升溫，提高其耐火極限。具有防火保護性好，導(dǎo)熱率低等優(yōu)點；但施工較復(fù)雜，主要用于耐火極限在1.5小時以上的隱蔽結(jié)構(gòu)、重要結(jié)構(gòu)、潮濕環(huán)境結(jié)構(gòu)等。

兩種類型的涂料性能特點不同,因此適用于不同的場合，應(yīng)根據(jù)建筑的耐火等級、環(huán)境條件、施工工藝等因素綜合考慮，合理選用與其相適應(yīng)的涂料類型，以實現(xiàn)防火涂料的防火保護作用。由于防火涂料在噴涂時容易造成環(huán)境污染，還可能釋放出有毒、有害氣體，因此應(yīng)予以限制并進(jìn)行改良，并重視研究和推廣無毒害且化學(xué)穩(wěn)定性好的無機類防火涂料新技術(shù)。

3 結(jié)語

隨著建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟,其應(yīng)用也越來越廣泛,逐漸與混凝土結(jié)構(gòu)并列成為我國建筑結(jié)構(gòu)的兩大主體形式,因此鋼結(jié)構(gòu)的防火保護問題也隨之成為一個重要課題。實際上鋼結(jié)構(gòu)的防火保護措施往往不是單一采用上述的某一種方法,而是設(shè)置多道防線，采用幾種方法相結(jié)合，如以自動噴淋作為抵抗火災(zāi)的第一道防線,以屏蔽法或外包層法做第二道防線，噴涂法做第三道防線，以加強鋼結(jié)構(gòu)的防火性能。在防火方法選用中，應(yīng)根據(jù)建筑鋼結(jié)構(gòu)具體的使用場合、耐火等級、結(jié)構(gòu)特點、成本要求等方面選擇合理高效的保護措施，以充分發(fā)揮其防火保護作用。

[1]韓潔茹,周媛媛.淺談鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火設(shè)計[J].山西冶金,2007(5).

[2]杜文宇.鋼結(jié)構(gòu)防火處理的幾種常用方法[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報,2007(4).