浅谈钢结构建筑防火陈凯

浅谈钢结构建筑防火陈凯

1陈凯2张友华

1.长泰县消防大队福建省漳州市363900；2.漳州招商局经济技术开发区消防大队福建省漳州市363900

摘要：钢材是一种不会燃烧的建筑材料，它具有抗震、抗弯等特性。在实际应用中，钢材既可以相对增加建筑物的荷载能力，也可以满足建筑设计美感造型的需要，还避免了混凝土等建筑材料不能弯曲、拉伸的缺陷。但是钢材作为建筑材料，在防火方面又存在一些难以避免的缺陷，它的机械性能，如屈服点、抗拉及弹性模量等均会因温度的升高而急剧下降。

关键词：钢结构建筑；钢结构形式；防火措施

在现代建筑施工中，钢结构正在逐渐被广泛利用。对于钢网、钢制门、钢结构的框架结构这几种应用比较多的钢结构建筑形式来说，相关的钢结构建筑防火设计还没有一个标准的规范，有必要制定一个对钢结构整体建筑框架的防火标准规范。应该根据钢结构的力学特点，在标准规范的指导下，契合钢结构建筑耐火等级和防火措施，具体问题具体分析，紧紧跟随现今钢结构建筑防火规范的发展趋势。

一、钢结构耐火性能分析

钢结构的燃点很高，属于不然材料。但是作为建筑的主要结构用材，钢结构的耐火性很差，在外界高温条件下极易发生大的应变，一旦应变积累到一定程度，就会导致钢结构的破坏。现就其主要影响因素分析如下：

1、钢结构对外界温度的灵敏反应

研究发现，钢结构随着外界温度的升高而表现出一定的膨胀性。在700℃一下，这个关系是一个很好的线性关系，随着温度的升高，热膨胀应变也会增大，但是当外界的温度达到了800-900℃的时候，钢结构的膨胀应变会发生一个回缩，超过900摄氏度之后，又会继续膨胀。这样反复的膨胀应变变化来源于钢结构的超静定结构，对钢结构是一种破坏。

2、温度变化下，钢结构力学性能的变化

钢结构建筑的梁、柱、屋架是建筑的骨架，它的安全性直接关系到整幢建筑的安全，它们大都采用钢材，钢材虽然是不燃材料，但其耐火性能很差，随着温度的变化，其力学性能会发生很大的变化，具体表现为随着温度的升高，钢结构的承载能力会急剧下降。根据实验研究显示，当受到外界的影响而使钢结构的温度达到350℃、500℃以及600℃的时候，它的强度只有原来的三分之一、二分之一以及三分之二。当钢结构的温度为500℃的时候，将会逐渐失去保持建筑稳定的性能，而当温度高于900摄氏度的时候，钢结构建筑很有可能在15米之内快速倒塌。

3、钢结构极好的导热性。

钢结构是一种极好的导热材料，热传导在钢结构中传播的速度极快，这就会导致整个钢结构都处于受热条件下，一旦温度超过了极限，就会发生破坏。

4、钢结构的荷载和几何约束条件。

钢结构作为建筑的骨架，起着承受荷载的作用，但是一旦外界温度发生急速变化，机会会导致钢结构的承载能力急速下降，一旦超过了受火承载极限，就会发生破坏。所以在防火设计中要充分考虑到外部荷载和钢结构几何约束条件的组合关系，使得钢结构可以充分满足设计要求。

二、钢结构形式在火灾中的破坏特征分析

1、钢网

作为整体屋面的承重结构，钢网架具有跨度大、连续性好等特点，但是在高温下，钢网架上面通过螺栓等措施连接起来的网中节点，极易发生塑性变形或者其他的应变变化，一旦超过临界者则很有可能发生结构的破坏。因为在钢网架的防火设计中，应该尽可能高的提高耐火材料的等级。

2、门式钢架

门式刚架为一种传统的结构体系，该类结构的上部主构架包括刚架斜梁、刚架柱、支撑、檩条、系杆、山墙骨架等。门式刚架承重结构体系的刚架、檩条（或墙梁）以及压型钢板间通过可靠的连接和支撑相互依托，体系受力更趋向于空间化。在高温条件下，一旦有门式钢架到达了承载极限，则极有可能导致整个厂房门式钢架的次第倒塌。因此在设计中，除了要考虑材料的耐火性能之外，对于关键位置的连接构件，比如檩条等，要提高材料的耐火的等级，保证个构件之间的耐火协调性，提高整体建筑的耐火性能。

3、钢结构框架

钢框架一般布置在建筑物的横向，以承受屋面或楼板的恒载、雪荷载、使用荷载及水平方向的风荷载及地震荷载等，属于静不定结构，随着外界温度的升高，会产生较大的温度应力。房梁等结构随着温度应力的累积，也会产生轴向应变的积累，材料的塑性蠕变等现象，导致钢框架的强度降低，从而引起钢结构建筑整体破坏。

4、金属屋面

这种简易的屋顶，施工简单，因而应用广泛，但是它的钢面暴漏在空气中，一旦发生火灾没有什么保护措施，很容易造成钢结构建筑的整体破坏，还会沿着钢面进行蔓延，加大损失。

5、钢桁架

钢桁架是指用钢材制造的桁架，工业与民用建筑的屋盖结构，吊车梁、桥梁和水工闸门等，常用钢桁架作为主要承重构件。在外界温度的急剧变化之下，也很容易发生应力集中下的破坏。

以上只是单方面分析了一种钢结构的耐火性能，但是现在钢结构建筑一般都是有几种钢结构形式组成的，当对其耐火性进行设计的时候，一定要综合考虑，提出一个协调多种结构形式的耐火设计。

三、钢结构建筑主要的防火措施

为了提高钢结构的耐火性能，优化钢结构的材料属性，使得所用的钢结构耐火极限在施工设计的控制范围之内，必须对钢结构建筑进行防火处理。目前常用的防火措施可以概括为水冷却法、包敷法、喷涂法。

1、水冷却法。

包括注水和淋水两种方法。

为了控制钢结构的温度，水冷却注水法的主要实现方法是在内部中空的钢柱内进行注水，并与上部的冷却水水箱连同，形成一个可以内部循环的冷却封闭系统。当外界发生火灾而导致钢结构温度升高的时候，钢结构和内部的冷却水会进行一个能量交换，两者之间存在一个温度的传递。然后钢柱内的冷却水由于温度的升高，随即和上部冷却水水箱中的水进行热量交换，这样就形成了一个冷却水的循环，随着循环的进行，不断带走钢结构上面的温度。

而水淋冷却法是在钢结构上部布置自动喷淋系统，发生火灾时，启动喷淋在钢结构表面形成一层连续的水膜，达到保护作用。

2、包敷法。

采用砖、混凝土、硅钙板等材料将钢结构包裹，从而形成保护层，提高构件耐火极限。主要包括单面屏蔽法、外衬砌法。

单面屏障法是一种对热源的处理方法，主要的视线方法是在钢结构和火源之间设置一个屏障，使得火灾发生时，热量无法快速传递给钢结构。

外衬砌的主要目的也是隔断火源，主要的衬砌材料是混凝土、耐火砖以及耐火轻质材料。实现方法和单面屏障法类似，只是外衬砌方法是把混凝土或者耐火砖完全包裹钢结构构件，完全防止了钢结构和火源的直接接触。

3、喷涂法

为了提高钢结构的耐火性能，可以在其表面喷涂一层防火材料，形成一层保护膜，提高发生火灾之后钢结构的耐火性，它具有施工简单等特点，而且不用考虑钢结构构件的形状，经济性和适用性都不错。

综上所述，钢结构正在逐渐被应用到建筑施工中，在具体施工中，应该严格查明建筑的重要的等级，选取合适的防火材料，并且要制定合理正确并且可以实行的防火标准规范，防患于未然，加强钢结构建筑的防火力度，为钢结构建筑的顺利施工，打下坚实的基础。

参考文献

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[2]刘新，时虎．钢结构防腐蚀和防火涂装[M]．北京：化学工业出版社。2012．

[3]吴志强.大跨度钢结构建筑防火与灭火[J].消防科学与技术,2014,(141)