建筑钢结构防火设计规范及要点

建筑钢结构防火设计规范及要点

刘建坪

武汉正华建筑设计有限公司，湖北 武汉 430000

摘要:在建筑材料中，钢材作为常用的建筑材料之一,钢材所具备了强度高、延性好、装配式施工方便等诸多优点，以此同时，钢材也具备了一个大的缺点就是它的防火性能特别的差。在高温下钢结构会丧失一定的承载能力,一旦丧失了承载能力就会促使整个整体结构的破坏甚至会导致局部或整体垮塌。为确保建筑中的防火安全以及在人员疏散、消防救生和财产转移等方面有足够的有利时间，应在钢结构建筑材料中使用具有一定防火功能的钢结构构件，随着一些新规范的发布与实施以及相关部门等标准的修订,我国在钢结构防火设计这块的方法发生了很大的改变,从经验方法到基于结构构件耐火极限计算的定量方法的逐步过渡。本文简单梳理了我国的钢结构防火设计规范体系，介绍了钢结构的设计和防火方法。

关键词:钢结构;特点对比;防火设计;

1钢结构的优点及发展空间

据统计，我国钢结构的发展与国外发达国家相对比，差距还是很大的，相对比而言，我国的钢结构发展还是具有着很大的空间比例的，依据我国经济的不断发展，以每年7- 9%的速度递增，目前，我国钢材建筑工业以每年生产600万至700万吨的速度能力在迅速的增长，但是相对于发达国家10%的钢结构产量计量，我国的钢结构年产量只有在达到1700万至2000万吨时才能被认为是平衡的。在此基础上，随着社会经济的快速发展，钢结构性能的不断提高，钢结构必将会在各业行业得到广泛应用。

2、钢结构与传统钢筋混凝土结构相比后的特点

与传统的钢筋混凝土结构相比，钢结构具有以下特点:

1. 钢材的材质相对来说是比较均匀，是一种根据实际的工程情况作出调整的弹性材料，而且它的受力状态也非常的简单明了。

2）在塑性和韧性方面钢材具有着很大的优势，在结构的抗震性能方面有着很大的提高也很具有优势。

3) 钢结构自身的强度高而且自重也比较轻，这样具有着降低结构的自振周期，在结构设计时也能减小结构的内力，这样对整个工程的基础造价也会大大的降低。

4)钢结构具有着最大的两个优点就是在工程上面制作周期上相对来说时间会比较短、而且在施工方面速度比较快的优势等。但它却有着一个致命的缺点，就是在工程以及建筑物中耐火的性能会特别差。

然后我们将分析建筑中钢结构的防火特性:建筑物的骨架主要包括梁、柱、屋架等，在建筑物中如使用的是钢结构钢材材料，它直接影响做整个建筑物的安全性，虽说钢材是不燃烧材料，但是在一旦产生火灾的情况下，由于温度的升高,钢材的承受力就会发生改变，随着温度的升高，钢的屈服强度和弹性模量等都会降低，而且下降的幅度也会很大，当钢结构在火灾现场温度达到350°C、500°C、 600°C时，钢结构的内部应力会随着温度的变化而发生改变，这时钢结构承重体系就会出现很大问题，理论计算按照目前实践计算,当在全负荷情况下，临界温度为500°C时钢结构就会失去平衡稳定性， 一般当火灾现场温度到达800C-1000C左右时，在这样的高温条件下面，钢结构建筑在没有任何保护的情况下面很快就会有变形的发生，大约15分钟内就会坍塌。我国的许多火灾案例表明，钢结构的耐火性是非常薄弱，这给钢结构建筑设计师带来了新的问题。如何在经济建设中更好地利用钢结构建筑的良好防火设计。

3、如何实现良好的钢结构建筑防火设计

根据火灾风险和建筑物的大小，建立合理的建筑物耐火防火结构设计方法，选择合理的防火耐火等级，根据建筑物的性质、规模大小以及火灾的危险性来确定设计方案,因每个建筑物的火灾危险性差异都大不相同，我们在设计时得根据建筑物的各种功能来设计,设计原理根据消防标准的建筑设计以及高级民用建筑设计的消防标准来确定火灾危害性能以及级别，然后根据火灾危害性能以及级别来确定建筑物的防火等级。

4、钢结构抗火设计及方法

实质钢结构的防火设计基本上如下:在试验的基础上计算出构件的防火性能是一种简单直观的方法。换句话说，规范要求给出建筑类型的耐火时间，然后在正常设计荷载下对结构的主要构件进行标准试验，来确定其防火性能。设计目标是结构构件的耐火时间不小于规范中规定的耐火时间。现行《建筑防火设计规范》(GBJ50016 - 2006)对钢梁和钢柱防火措施的要求就是以这种方法为基础的，导致测试方法有许多缺陷。首先，很难确定耐火时间和等级。由于当今大多数建筑的功能的复杂性，而且建筑物的大小不一。同一建筑的不同部件的功能差别很大。其次，很难模拟施加在结构构件上的力，这些力的大小对构件的耐火时间有很大的影响。最后，火灾构件在结构中产生的温度应力在构件试验中难以得以准确反映。显然，早期的防火设计方法有时失去了成本效益，有时失去了安全性。考虑到这些实验缺陷，结构耐火计算方法开始从传统的试验方法转向现代的计算方法。

现目前，在基于计算的现代方法上面，即用计算方法来替代标准测试的方法，在传统方法中所遇见的问题可以逐一的消除。这就是钢结构防火设计的发展方向。目前有几种计算方法:设计时必须选择合适的方法来保护钢结构的防火性能。目前，世界各地的钢结构都受到各种规范及各种计算方法的保护。但是在原则上有两种方法:截留法和疏导法

1. 截留方法分为:喷涂、涂层、喷水、屏蔽

截留法中的各种方法的目的都是通过某些技术手段来提高钢结构的防火性能。特别是喷涂法，喷涂法就是将防火的一些材料直接喷在建筑钢结构的构件表面上，以在钢材的表面形成一定的保护膜，达到提高建筑构件的防火性能。包覆材料包括防火板、砖或混凝土以及耐火金属网砂浆等材料。团团围住钢结构,从而形成一层保护膜,增加了钢结构的防火元素及防火性能，水喷淋的方法是将安装一个喷淋供水管网在钢制结构的顶端,当火灾时，以触发自动或手动的方法消防喷水。通过在表面形成连续流动的水膜元件来实现的:屏蔽方法是将钢元件包裹在耐火材料中悬挂在墙壁或屋顶中，主要用于保护屋顶系统。

2. 疏导方法：与截留法大不相同的是，管道法允许将热量转移到相互的组件上。然后我们试图引导热量或消耗热量，但同样，组件的温度不会上升到临界温度，这是一种保护作用。目前的管道法只有冲水冷却一种办法。在设计过程中，我们应根据不同构件的防火性能要求，通过科学理论的方法作比较，选择最适合的方法，以便达到既经济又安全的防火方法。

5. 在钢结构设计中应考虑到人员疏散

因钢结构的弱点，在设计时，应结合人员密度指数和钢结构的特点，考虑人员疏散的问题来加强安全逃生路线的设计。应按照相关规范设计要求以及距离等疏散的宽度来设计安全路线，必须得是人员疏散时间低于建筑构件耐火极限的时间,为了保证人员安全疏散,避免火灾事故造成人员丧生或受伤。防火钢结构的设计是建筑物设计中的重要组成部分，在建筑设计中进行良好的防火设计工作，可以从根本上预防和减少建筑火灾的发生，并在发生火灾时尽量减少火灾损失以及人员的伤亡。否则，建筑物有发生火灾的危险，一旦火灾条件得到满足，就会发生火灾，造成不必要的人员伤亡和经济损失。

结语

本文通过建筑钢结构防火设计规范及要点分析了钢结构在目前经济环境下的发展空间以及特点和钢结构与传统钢筋混凝土结构相比后的特点，介绍了如何实现良好的钢结构建筑防火设计和钢结构抗火设计及方法以及在钢结构设计中应考虑到人员疏散等问题，望钢结构能广泛的运用在人们的生活中，这样不仅在工期以及经济方面给人们带来巨大的方便，也供大家多多考量到钢结构的运用。

参考文献

【1】王秀翠，连淑妹；钢结构建筑防火设计.《中国科技纵横》；2010-05-15

【2】孙志斌;钢结构工程发展前景,《城市 建设理论研究(电子版)》; 2015-06-05