钢结构建筑防火保护浅析 - 行业新闻 - 中国钢结构协会防火与防腐分会

· 新闻动态 ·

行业新闻

钢结构建筑防火保护浅析

发布时间：2017-10-02 阅读次数：1500

一、建筑钢结构发展的新契机

建筑钢结构自面世以来，因其相对于传统建筑材料的诸多优点而被广泛应用到建筑结构中。随着我国钢产量逐年增加并连续多年稳居世界第一，钢结构在我国得到了快速发展。目前钢结构主要应用于大跨度以及超高层等能充分显示其优势的结构体系中，而在其他类型建筑，如住宅、商业建筑中应用偏少。

2016年《政府工作报告》明确提出“积极推广绿色建筑和建材，大力发展钢结构和装配式建筑，提高建筑工程标准和质量······”；北京市《关于加快发展装配式建筑的实施意见》“鼓励学校、医院、体育馆、商场、写字楼等新建公共建筑优先采用钢结构建筑，其中政府投资的单体地上建筑面积1万平米（含）以上的新建公共建筑应采用钢结构建筑”。钢结构是绿色环保和最适合装配的结构材料，在建筑工业化浪潮及钢铁行业“去库存”的大环境下，如何冲破桎梏，发挥其优势，造福社会，是摆在从业人员面前的一个重要课题。

二、钢结构建筑的火灾危险性

钢结构在火灾中的表现是由钢材的物理性能决定的。根据研究，在200℃以下，其强度折减不多，甚至在某个区间还有一定程度的升高；在高于200℃的情况下其强度随着火场温度升高迅速下降，600~800℃时，几乎彻底丧失承载能力。火场温度一般均在800~1000℃以上，如下图1所示，无防护的裸露钢结构会在15min后失效。

图1 高温下钢材强度的折减系数与升温曲线图

钢材的失效极易造成建筑物的倒塌，无防护或防护不到位的钢结构建筑一旦发生火灾往往造成特大恶性事故。1998年北京某家具城火灾造成1.3万平米钢结构全部倒塌；2003年青岛某食品加工厂火灾，钢屋架倒塌导致未能及时疏散的几十名员工死亡。因此，做好钢结构防火保护工作，对于保障生命财产安全，杜绝恶性事故的发生具有十分重要的现实意义。

图2 火灾下钢结构失效（以上图示）

三、建筑防火设计规范明确要求

鉴于近年来的火灾教训，2015年出台了新版《建筑防火设计规范》，在规范修订时取消了钢结构等金属结构件可以不采取防火保护措施的有关规定，也就是说从2015年5月1日新规执行开始，所有的钢结构等金属构件均需使用防火保护。目前在钢构建筑防火保护上，仍有大量的建筑并未按新规执行，对金属构件进行防火保护处理，也就是说是违反规范及标准规定的。如若该类建筑因意外发生火灾事故，则设计及施工单位则需罪责难逃了。规范变了，不管设计或者是施工单位都应及时跟进新规范及标准要求。

图3：2015版新《建筑防火设计规范》

图4：2006版旧《建筑防火设计规范》（已失效）

四、钢结构建筑的防火保护

钢结构建筑的防火措施分为主动防火和被动防火。主动防火主要指结合火灾探测而进行的主动灭火措施，改变火灾现场的行为，如喷淋装置和消防员的灭火行为等；被动防火主要指在结构设计和构造措施上采取合理措施，提高结构的抗火性能，并不改变火灾火场。主要介绍下被动防火保护，被动防火保护主要分为以下5类：

1）包敷法防火

包敷法主要是用固体耐火的材料将钢结构整体彻底包起来。固体的耐火材料不但有不燃性，还有较大热容量，将它用作耐火的保护层就能让构件升温减缓。目前，工程中一般多采用无机防火板，比如使用硅酸钙板、石膏板、蛭石板等。此方法主要用于形状规则的梁、柱等构件、对落灰洁净度要求极高的制药车间以及低、多层轻钢结构房屋中。

图6 包敷法防火案例

2）喷涂法防火

所谓的喷涂法，就是在钢结构的表面上涂一层防火的涂料，进而让钢结构上形成一层保护膜，利用材料本身的防火性或者发泡产生的致密绝热、隔热保护层，延缓钢结构温升时间，提高钢结构构件的耐火极限。

图7 防火涂料施工及喷涂后效果

按不同方式，防火涂料的分类如下图8所示。在工程开发应用中，主要按涂层厚度分为厚涂型防火涂料、薄涂型防火涂料及超薄型防火涂料。

图8 钢结构防火涂料分类

表1 不同防火涂料性能

由上表可知，在工程应用时，防护时间2小时以上时，如高层建筑中的钢柱，只能选用厚涂型，其它情况可以根据项目情况选择厚、薄或者超薄型喷涂。由于组成材料的不同，薄涂型、超薄型防火涂料在火灾下会分解出有毒有害气体，对火场人员及消防员产生危害。因此，如无特殊要求，均建议选用厚涂型。

3）屏蔽法防火

屏蔽法通常用于钢屋盖的防火，通过屋盖下的耐火吊顶来延缓下部火灾造成钢屋盖的升温。屏蔽法造价高，占用较大的建筑空间，且由于接缝处窜火等问题，工程应用不多。

图9 屏蔽法防火

4）充水冷却法防火

钢结构的充水冷却，就是往空心的封闭柱中充满水，出现火灾的时候，构件就会将从火中吸收的热量转给柱中的水，从而使构件温度保持到100℃左右。这是理论上最为理想的防火保护方法，但在实际中由于使用管结构较少，且循环系统造价高，须考虑防锈防冻等问题，因而在实际中应用很少。

5）耐火钢

耐火钢是通过在结构钢中加入钼等合金元素，从而使钢材在规定的耐火时间内保持较高的强度。无涂覆防火层时能达到耐火等级4级梁的耐火极限，其它情况时需配合防火涂料等防火措施，但防火涂层厚度可大大减少，减少防火造价。国家大剧院即成功应用了武钢生产的耐火钢，既保证了防火安全，又实现了建筑师对美的追求。

各种防火措施的对比分析

根据各种防火措施施工难易程度、适用范围、造价等因素，其优缺点对比可总结为如下表2所示，得分最高的为五星，最低为一星。

表2 各种防火措施的对比

由于耐火钢目前尚处于研究推广阶段，且除四级钢梁外，耐火钢仍需附加其它防火措施，故目前工程应用不多。屏蔽法和充水冷却法由于适用范围小，工程应用较少，特别是充水冷却法，应用案例更是少见。目前常用的钢结构防火措施主要为包敷法和喷涂法。如表2所示，综合考虑工期、异形截面处理难度、占用建筑空间等因素，在多高层公共建筑中绝大多数采用的是喷涂防火涂料的方法。