钢结构防火原理及防火保护

翁 梅

河南工业职业技术学院建筑工程系（473009）

钢材具有强度高、重量轻、塑性好、抗震好等优点，使钢结构既有良好的承载能力,又可以满足建筑设计中造型多样化的需求。因此钢结构具备许多混凝土结构所不可比拟的优势，广泛用于大跨度、超高层等建筑中。但钢材却存在防火性能差这一无法避免的缺陷。钢材虽然不能燃烧，但其强度却会随温度上升而急剧降低,使结构在火灾后短时间内发生破坏。因此防火处理便成为了钢结构设计中的一个重要环节。

1 防火原理

钢材在600℃时强度几乎降为零,从而失去承载能力,而在全负荷下,建筑钢结构失去稳定的临界温度在500℃左右。一般火灾发生时,几分钟内火场温度就能达到800℃以上，在这样的环境下,裸露的钢构件会很快因高温而产生塑性变形，最终会导致整体结构的失效倒塌。一般无防火保护的钢结构的耐火极限约为15分钟，防火保护的目的就是将耐火极限提升到设计规范规定的范围之内。火灾时产生的热量传递至结构，使钢材表面受热，由于钢材导热系数大，且构件大多是薄壁截面，板厚较小，因此构件表面与内部的温度几近相同。当钢材表面遭受火焰灼烧时，高温会迅速引至整个构件或结构，进而导致结构承载力降低甚至完全丧失。因此防火保护的措施虽然多种多样,但究其原理都是用耐火或绝热材料阻隔火焰，降低热量的传递速度，推迟结构达到临界温度的时间。

2 防火保护措施

近年来，建筑钢结构的应用愈加广泛，但由于钢材本身不耐火的缺陷,引发的火灾事故及其带来的重大损害已屡见不鲜。因此在建筑设计中，要加强对钢材的防火保护，提高其耐火极限，并且还有充分考虑人员疏散的因素，制定必要的应急措施，以减少人员伤亡及损失。以下介绍几种钢结构中常见的几种防火保护措施。

2.1 外包层法

即用耐火材料包裹钢材表面以阻隔火焰。外包层可用现浇混凝土作为防火保护层，材料采用混凝土、加气混凝土等，既不会燃烧，又具有较大的热容量，可以推迟钢构件的升温速度。也可用砂浆涂抹作为保护层,以提高其耐火极限。还可以用轻质耐火材料，如石膏板,珍珠岩板等包覆钢构件，并用粘结剂或螺栓等连接件外包固定在构件上。

2.2 屏蔽法

把钢构件隐蔽在由耐火材料组成的墙体或顶棚内，由耐火墙体或吊顶起保护作用以延缓钢构件的升温速度,实现防火目的。这种方法还具有良好的装饰性，在钢结构屋盖系统中就经常采用。

2.3 水冷却法

将钢构件设为空心截面并连成网络,在其内部充水,以形成封闭水循环冷却系统。发生火灾时，构件内的水因温差作用而形成循环，带走热量并引入凉水，只要保证补充水源并维持水位，钢构件就不会因温度过高而失去承载力。也可以在建筑内部设置自动水淋装置,火灾时顶部水淋装置会自动喷淋，在钢材表面形成一层流动水膜，以起到保护作用。

2.4 喷涂法

在钢构件表面用喷涂机具来喷涂防火涂料，以起到防火保护作用，这种方法施工方便，防火性能好，不受结构几何形体的影响，结构负荷小，因此也是目前钢结构防火方法中最常见的一种。目前市场上防火涂料的种类繁多，其防火性能也各有不同。防火涂料主要由薄涂型(B类包括超薄型)和厚涂型(H类)两种。

1）薄涂型的涂层厚度一般在2～7mm，涂层在火灾时受热而膨胀发泡，形成泡沫状的隔热层，以隔断热量传递，阻碍钢构件升温，从而提高其耐火极限。具有装饰性较好，结构负荷小、施工方便等特点，主要用于耐火极限在1.5小时以下且构件裸露有装饰性要求的结构。超薄型的涂层厚度不超过3mm，涂层受火时膨胀发泡，形成致密隔热层以防火保护，具有涂层更薄、装饰性更好且施工方便的特点，一般用于耐火极限在2小时以内且构件裸露有装饰性要求的结构中。这类涂料是近几年才发展起来的新种类，备受用户青睐。

2）厚涂型的涂层厚度一般为8～20mm，受热并不膨胀发泡，主要是因其不燃性、低导热性的特点来阻碍钢构件升温，提高其耐火极限。具有防火保护性好，导热率低等优点；但施工较复杂，主要用于耐火极限在1.5小时以上的隐蔽结构、重要结构、潮湿环境结构等。

两种类型的涂料性能特点不同,因此适用于不同的场合，应根据建筑的耐火等级、环境条件、施工工艺等因素综合考虑，合理选用与其相适应的涂料类型，以实现防火涂料的防火保护作用。由于防火涂料在喷涂时容易造成环境污染，还可能释放出有毒、有害气体，因此应予以限制并进行改良，并重视研究和推广无毒害且化学稳定性好的无机类防火涂料新技术。

3 结语

随着建筑钢结构技术的不断发展与成熟,其应用也越来越广泛,逐渐与混凝土结构并列成为我国建筑结构的两大主体形式,因此钢结构的防火保护问题也随之成为一个重要课题。实际上钢结构的防火保护措施往往不是单一采用上述的某一种方法,而是设置多道防线，采用几种方法相结合，如以自动喷淋作为抵抗火灾的第一道防线,以屏蔽法或外包层法做第二道防线，喷涂法做第三道防线，以加强钢结构的防火性能。在防火方法选用中，应根据建筑钢结构具体的使用场合、耐火等级、结构特点、成本要求等方面选择合理高效的保护措施，以充分发挥其防火保护作用。

[1]韩洁茹,周媛媛.浅谈钢结构建筑的防火设计[J].山西冶金,2007(5).

[2]杜文宇.钢结构防火处理的几种常用方法[J].重庆科技学院学报,2007(4).