建筑钢结构防火保护方法分析探讨

建筑钢结构防火保护方法分析探讨

张朦

邯郸市消防救援支队临漳县消防救援大队 河北省邯郸市临漳县 056600

摘要：随着我国经济的不断发展，大跨、高层建筑的不断增多，钢结构的应用也日益广泛，同时，钢结构的防火问题也随之凸显。钢材耐热不耐火的特性也就成了钢结构的致命弱点。钢材受热时，当温度在200℃以内时其主要力学性能降低不多。在温度超过200℃以上，材性发生较大的变化，不仅强度逐渐降低，还会发生蓝脆和徐变现象。温度达到600℃时，钢材进入塑性状态，失去承载力。因此，当钢材表面温度超过150℃以上时，应采用有效的防护措施。本文主要分析了建筑钢结构防火保护方法，以供参考。

关键词：建筑钢结构；防火；保护方法

引言：建筑钢结构在建筑行业被广泛使用，是建筑行业的“宠儿”。相比于传统的混凝土材料和砌体结构，它具有很多优点，比如性能稳定、质量轻强度高、抗震性能好、占有面积小，使用面积大，并且在使用过程中易于改造，变动比较容易、灵活。同时它的基础造价低，节能还具有可回收性，因此属于一种绿色建筑材料等等。但其导热性强，防火性能差，其弹性模量和强度随温度的升高而下降迅速，承载能力也随之下降。所以当钢结构建筑没有采取任何防火保护时，一旦发生火灾，结构很容易遭到破坏，甚至结构整体倒塌。近年来，由于防火性能较差而引发的灾害层出不穷，造成了十分严重的质量事故和经济损失。如何通过使用钢的防火性以确保安全和降低经济损失，日趋成为一个重要的领域。基于此，文章通过对钢结构的防火性进行简单分析，进而得出有效的措施加以防治。

1 建筑钢结构的防火性能

钢的耐火性能较差，高温下易于变形，受热后强度下降很快，如钢材在20 0C时强度为450Mpa，在到500℃左右，其强度下降到40%-50%，而到614°C时，钢材强度就只有70Mpa，几乎失去承载能力。《建筑设计防火规范对耐火等级做出了一些规定，根据组成建筑物的构件的燃烧性能和构件最低的耐火极限，将建筑物的耐火等级分为四级。未经防火保护的钢结构建筑物的耐火等级仅为四级，不能满足火灾情况下对建筑防火要求。一般火场温度最高可达到1000°C，在这样的高温下，裸露的钢结构会很快出现塑性变形，产生局部破坏，造成钢结构建筑整体倒塌。

2 钢结构防火保护的意义

钢结构的耐火时间极限大于或等于规定的耐火时间极限，并使火灾时产生的温度的最大值不超过钢材的临界温度，从而可以延长建筑被破坏的时间，以减少火灾后钢结构的修复费用，缩短灾后钢结构功能的恢复周期，使得因火灾引起的经济损失降到最低，并利于疏导被困人员和物资抢救，也使得因火灾引起的人员伤亡程度降到最低。

3火灾下建筑钢结构破坏机理

从著名的英国BER Cradintgon钢结构火灾实验中总结出以下几点：

第一，高温使钢材的弹性模量降低，结构刚度下降；

第二，高温使材料强度降低，甚至熔化，导致结构承载能力下降；

第三，构件内部不均匀升温，使构件内部以及整个建筑结构中产生不均匀的热膨胀，从而使构件内部及整个结构中产生很大的附加应力。

这三个方面的共同作用，导致建筑构件变形增大、开裂、屈曲、破坏，甚至局部或整体倒塌。

4建筑钢结构防火保护方法

钢结构建筑的防火保护措施分为主动式和被动式两大类：

4.1 主动防火措施

（1）建筑物的防火安全设计。目前，钢结构建筑应用广泛，主要有民用建筑、高层建筑、工业厂房、库房等。在不同的建筑内，容易起火的部位不同，火灾和烟气的蔓延规律也有很大的差别。因此，火灾安全的要求重点也有所区别，应根据钢结构建筑使用特点来确定钢结构的防火安全要求。一般进行建筑防火安全设计中需考虑如下问题：根据建筑物使用中的火灾危险性采取相应的耐火等级的建筑结构，以及设置适宜的防火分隔；建筑物内部设置适当的火灾探测报警、自动灭火、防烟排烟等设备，并综合考虑与室内通风、取暖、空调及其他电气设备的搭配等。

（2）火灾探测报警技术。火灾探测报警系统包括探测器和报警控制器两大基本部分。根据所探测的火灾参数的不同，火灾探测器划分为感温、感烟和感光（火焰）、气体和复合式等型式。

（3）烟气控制技术。建筑物发生火灾后，有效的烟气控制是保护人们生命财产安全、减少进一步损失的重要手段。控制烟气一般有两种方式：挡烟和排烟。很多大规模的建筑，其烟气控制往往是几种方法的有机结合。排烟形式的合理与否，不仅关系到烟气控制的效果，还有很大的经济意义。

（4）喷水灭火和其他灭火技术。目前，常用的灭火系统包括喷水灭火系统、水雾灭火系统、二氧化碳灭火系统、泡沫灭火系统以及千粉灭火系统和卤代烷灭火系统，其各有适用范围和优缺点。从机理上分，主要包括：隔离、冷却、窒息和抑制等，如表2所示。（表2）

4.2 被动防火措施

（1）疏导法和截流法。钢结构被动防火从热量传输原理归纳起来主要有两大类：截流法和疏导法，如喷涂法、包封法、屏蔽法、水喷淋法、充水冷却法等。这些防火措施各有优缺点，根据国内外工程实践，主要以喷涂法为主，包封法次之。

截流法与疏导法的目的，都是为了使构件在规定的时间温度升高不超过其临界温度。截流法是通过阻止热量向构件传输来达到目的，而疏导法允许热量传到构件上，再把热量导走来实现目的。

（2）防火涂料在钢结构防火中的应用。目前，钢结构防火涂料是钢结构防火保护的主要选材，按照其厚度可分为：厚涂型、薄涂型和超薄型钢结构防火涂料。但是，钢结构防火涂料存在价位高、装饰性差等缺点，而且随着保护时间的增长，会使其综合性能下降，降低其防火能力。

（3）防火板材在钢结构防火中的应用。钢结构防火用板材分为两类：一类是密度大、强度高的薄板；一类是密度较小的厚板。防火薄板的特点是密度大、强度高、导热系数大，使用厚度一般为6～15mm之间，主要用作轻钢龙骨隔墙的面板、吊顶板（又统称为罩面板），以及钢梁、钢柱经厚型防火涂料涂覆后的装饰面板。防火厚板的特点是密度小、导热系数低，其厚度可按照耐火极限需要确定，大致在20～50mm之间。由于本身具有优良的隔热性，可直接用于钢结构防火，提高耐火极限。这类板材主要有轻质（或超轻质）硅酸钙防火板以及膨胀蜓石防火板两种。

（4）喷涂法和包封法的比较。喷涂法施工简便，无须复杂的工具即可施工，重量轻，而且不受构件的几何限制，特别适用于轻钢结构、网架结构和异形钢结构等，是目前使用最多的钢结构防火保护方法；包封法是用导热系数小、热容量大的防火板材或混凝土，对钢结构采取保护的措施。该方法由于施工复杂，适用范围较喷涂法小，使其应用得到了一定限制。但是，它在某些方面比喷涂法具有独到的优势。随着国内外新型结构型防火板材的研制成功，包封法正逐步体现出自己的优势：耐火性能好，耐火极限高；性能稳定，持久可靠；安全性好；经济效益好。

5结语

总之，我们就要采取一定的措施，防患于未然，保证人民生命安全和财产不受损失。另外我们必须不断地研发新型建筑材料来代替钢筋材料，也可以采用国外先进的建筑材料，提高建筑结构的抗腐蚀性和耐火性，避免因这一缺陷而带来的巨大损失。

参考文献：

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[2]张宁.建筑防火设计中防火分区设置探析.科学与财富.2019（10）.

[3]陈双全.钢结构厂房施工安全技术管理[J].建筑安全,2019（10）.