关于钢结构建筑防火设计的分析

关于钢结构建筑防火设计的分析

郭晓辉

郭晓辉

承德市建筑设计研究院有限公司河北承德067000

摘要：本文作者结合实际工作经验，对钢结构建筑防火设计进行了分析探讨，提出了自己的见解。

关键词：钢结构建筑；防火设计；分析

钢结构防火设计是建筑设计中的重要组成部分，在建筑设计时做好此项工作，可以从根本上防止和减少建筑物发生火灾，且在一旦发生火灾时把火灾损失降低到最低限度。否则，就会给建筑物留下火灾隐患，一旦着火条件成熟，就会酿成火灾，造成人员伤亡和经济损失。

1钢结构的耐火极限

钢结构构件防火保护是提高钢结构耐火性能的丰要途径。为此，国内外相关建筑规范均有要求对钢结构构件进行保护的规定。我国的建筑防火规范及钢结构设计标准中也有类似规定，但不完善、不具体。相对而言，《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ99-98的规定较具体些，即要求：钢结构中的梁、柱、支撑及作承重用的压型钢板等应采用喷涂防火涂料或防火板保护。屋盖应采用喷涂防火涂料或自动喷水灭火系统保护。对钢结构构件的耐火保护如何在相关规范中提出合理、实用的要求，本人认为应该通过分析不同场所的火灾荷载密度、空间高度、钢结构的结构类犁、保护对象的性质和功能等因素来确定。在什么情况F应采取何种耐火保护，什么情况下可以不作保护，尽量避免不必要的保护或操作性不强的要求，以节约投资、提高防火投资效益。

建筑防火的基本原则要求，建筑设计应该认真的遵循“预防为主，防消结合”的方针，并积极的采用先进的防火的技术，从而防患于未然，积极的预防火灾的发生和蔓延。构件防火的设计则要求耐火时间不能低于最短的耐火极限。钢结构的耐火极限指结构在标准的耐火试验中，从接受火作用到失去稳定性或者完整性及绝热性为止，抵抗火作用所用的时间。耐火极限用于划分建筑的耐火等级，也用于进行建筑物防火的构造设计以及火灾后制定建筑物的修复方案。构件耐火极限与构件所采用材料的性质、保护层厚度、构造尺寸、构件的构法和支撑情况以及受火的方式等都有密切关系。在无防护措施的情况下，钢结构的耐火极限只有大约15分钟。火灾时，随着温度的逐渐升高，钢材的性能产生较大变化，钢材的屈服点、弹性摸量、抗压强度等的力学性能都会迅速的下降。一般火灾现场的温度都会达到800℃-1000℃，在这样的高温下裸露的钢结构构件强度会迅速降低，很快会出现塑性变形，产生局部破坏，最终造成钢结构建毓物整体倒塌。

2如何才能做好钢结构建筑的防火设计

对钢结构采取防火措施，其目的就是将钢结构的耐火极限提高到设计规范规定的范围，防止钢构件在火灾中迅速升温发生形变塌落。其措施是多种多样的，从原理上来讲，主要可概括为两种：截流法和疏导法。

2.1截留法

又分为：喷涂法、包封法、水喷淋法、屏蔽法。

它们都是通过一定的技术手段来提高钢结构的耐火极限。具体而言，喷涂法就是将防火涂料直接喷涂在构件表面，形成保护层，从而提高建筑构件的耐火极限，它有厚型和薄型之分，不同厚度的涂层其耐火极限不同；包封法是用耐火材料把构件包裹起来。包封材料有防火板材，砖或混凝土，钢丝网抹耐火砂浆等。耐火材料将钢结构包裹，从而形成保护层，提高构件耐火极限；水喷淋法是在钢结构顶部设喷淋供水管网，火灾时自动启动（或手动）开始喷水，在构件表面形成一层连续流动的水膜，达到保护作用；屏蔽法是把钢构件包藏在耐火材料组成的墙体或吊顶内，主要适用于屋盖系统的保护。

2.2疏导法

疏导法与截留法不同，疏导法允许热量传到构件上，然后设法把热量导走或消耗掉，同样可是构件温度不至升高到临界温度，从而起到保护作用。目前疏导法仅有充水冷却保护这一种方法。我们在设计时，要根据不同建筑对构件耐火极限的要求，通过科学比较，选出最恰当的防火保护方法，达到经济和安全要求。

2.3喷涂法

喷涂法是用喷涂机具将防火涂料直接喷在构件表面，形成耐火隔热保护层以提高钢结构耐火极限。钢结构防火涂料按其涂层厚度及性能特点可分为超薄型钢结构防火涂料、薄型钢结构防火涂料和厚涂型钢结构防火涂料。超薄型钢结构防火涂料涂层厚度在3mm以下，以溶剂型为主，具有良好的装饰性和理化性能，受火时膨胀发泡形成致密、强度高的防火隔热层，该防火隔热层极大的延缓了被保护钢材的升温，提高钢结构构件的耐火极限，为一类新型防火涂料。它一般使用在耐火极限要求在2.0h以内的建筑钢结构的防火保护工程中。例如，可对一类建筑中的梁、楼板、屋顶等承重构件，以及二类建筑中的柱、梁、楼板等进行有效的防火保护。由于该类防火涂料涂层超薄，工程中使用量较薄型和厚涂型防火涂料大大减少，从而降低了工程总费用，又使钢结构得到了有效的防火保护，是目前消防部门大力推广的品种；薄型钢结构防火涂料涂层厚度一般为3-7mm，以水溶型为主，其装饰性优于厚涂型防火涂料，逊色于超薄型防火涂料，以受火时膨胀发泡所形成的耐火隔热层延缓被保护钢材的升温，保护钢构件，其耐火极限一般在2.0h以内。因此常用在耐火极限要求在2.0h以内的建筑钢结构上。例如，可对高层民用建筑中的梁、一般工业与民用建筑中支承单层的柱、梁、楼板及屋顶等承重构件中的钢结构进行防火保护；厚涂型钢结构防火涂料涂层厚度一般为8～50mm，粒状表面，密度较小，热导率低，以非膨胀型无机防火涂料为主，它具有较高的耐热性、隔热性和完全不燃、不发烟的特点，且原料易得、价格低廉、制备简单、着色容易、施工简便、无毒、无火灾危险等特点。耐火极限可达0.5-3.0h，甚至更长时间。

2.4包封法

2.4.1用现浇混凝土作耐火保护层。所使用的材料有混凝土、轻质混凝土及加气混凝土等。这些材料既有不燃性，又有较大的热容量，用作耐火保护层能使构件的升温减缓。由于混凝土的表层在火灾高温下易于剥落，可在钢构件表面加敷钢丝网。进一步提高其耐火性能。

2.4.2用砂浆或灰胶泥作耐火保护层。所使用的材料一般有砂浆、轻质岩浆、珍珠岩砂浆或灰胶泥、蛭石砂浆或石灰胶泥等。上述材料均有良好的耐火性能，其施工方法常为在金属网上涂抹上述材料。

2.4.3用矿物纤维。其材料有石棉、岩棉及矿渣棉等。具体施工方法是将矿物纤维与水泥混合，再用特殊喷枪与水的喷雾同时向底部喷涂，构成海绵状的覆盖层，然后抹平或任其呈凹凸状。上述方式可直接喷在钢构件上，也可以向其上的金属网喷涂，以后者效果较好。

2.4.4用轻质预制板作耐火保护层。所用材料有轻质混凝土板、泡沫混凝土板、硅酸钙成型板及石棉成型板等，其做法是以上述预制板包覆构件，板间连接可采用钉合及粘合剂粘合。这种构造方式施工简便且工期较短，并有利工业化。同时，承重（钢结构）与防火（预制板）的功能划分明确，火灾后修复简便且不影响主体结构的功能，因而具有良好的复原性。

2.4.5屏蔽法

屏蔽法就是把钢结构包裹在耐火材料组成的墙体或吊顶内，在钢梁或钢屋架下作耐火吊顶，火灾时可以使钢梁或钢尾架的升温大为延缓，大大提高钢结构的耐火能力，而且这种方法还能增加室内的美观，但要注意吊顶的接缝、孔洞处应处理严密，以防窜火。

2.4.6水喷淋法

水喷淋法是在结构顶部设喷淋供水管网，火灾时，会自动启动（或手动）开始喷水，在构件表面形成一层连续流动的水膜，从而起到保护作用。

3钢结构建筑设计时要充分考虑人员疏散问题

由于钢结构建筑自身存在的弱点，我们在设计时要充分考虑人员疏散的因素，将人员密度指标和钢结构建筑的特点综合起来考虑，加强对安全疏散路线、疏散距离、疏散宽度的设计要求，证人员疏散时间小于建筑构件的耐火极限，确保火灾时人员能安全逃生，避免群死群伤火灾事故的发生。

参考文献：

[1]杨亮.高层建筑防火技术研究[J].黄冈市英山县公安消防大队.湖北黄冈.科技论坛.2011，（09）.

[2]霍然，袁宏永.性能化建筑防火分析与设计[M].合肥：安徽科学技术出版社，2009.