浅析钢结构建筑防火设计

董松占袁敏

综合论述

浅析钢结构建筑防火设计

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随着我国经济的发展和建筑技术的日新月异，钢结构以其重量轻、承载力大、施工简便、布局灵活等特点广泛应用于超高层楼房、体育馆和大型厂房等建筑中，但由于钢结构存在不耐火的致命弱点，发生火灾时极易发生倒塌，造成重大的人员伤亡和财产损失，其防火问题备受人们的关注。这里就钢结构火灾特点和防火设计谈一点自己的见解，供大家参考。

建筑防火；钢结构

首先我们来分析一下钢结构建筑的火灾特点。钢结构的梁、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。钢结构建筑大都采用钢材，钢材虽然是不燃材料，但其耐火性能很差，随着温度的变化，其力学指标会发生很大的改变，承载力和平衡稳定性会随温度升高而大幅度下降。钢结构在温度达到350℃、500℃、600℃时,其强度分别下降1／3、1／2、2／3。在高温条件下其内部应力也会发生改变，使钢结构承重体系出现问题。按理论计算，在全负荷下，钢结构失去平衡稳定性的临界温度为500℃。一般火场温度都在800～1000℃，在这样的高温条件下，无任何保护的钢结构很快就会出现塑性变形，大约15min内就会倒塌。2002年9月11日,美国纽约的世界贸易大厦在恐怖袭击中倒塌，导致300多名消防队员无辜丧生。飞机满载燃油撞击大楼后，造成大楼承重的钢结构筒体的保护层被破坏。在强烈的高温作用下，钢结构筒体承载强度迅速下降,短短20min后这个世界上著名的建筑就消失在我们面前。2003年，我国青岛市的正大食品厂钢结构厂房发生特大火灾，造成厂房大面积倒塌，很多工人葬身火海。1972年，天津市体育馆发生火灾，致使屋顶坍塌，造成巨大人员伤亡。这些众多的火灾案例都暴露出了钢结构建筑存在的一个致命弱点就是耐火性极差，这就给我们广大建筑设计人员提出了一个新的课题，怎样才能做好钢结构建筑的防火设计，使钢结构建筑更好地服务于我们的经济建设。

如何才能做好钢结构建筑的防火设计呢?笔者认为应该做到以下三个方面：

1）根据建筑物的火灾危险性和重要性，合理确定建筑的耐火等级。各种建筑由于其使用功能和重要性的不同，火灾危险性存在差异，我们设计时要根据业主提供的建筑要求，根据《建筑设计防火规范》和《高层民用建筑设计防火规范》，确定建筑物的火灾危险性。再根据火灾危险性，确定建筑的耐火等级。比如，一个60m高的综合楼，根据《高层民用建筑设计防火规范》，其属于一类高层建筑，它的耐火等级应为一级，其梁、柱、屋顶承重构件的耐火极限应分别不低于2h、3h、1.5h。如果我们在设计时没有正确核定耐火等级，确定的耐火等级过高或过低，会造成设计失误。如果耐火等级设计得过高会造成浪费，过低则造成不安全。

2）设计时要选用恰当的钢结构防火保护方法。目前，我国钢结构主要采用三种保护方法：喷涂法、包敷法、水淋冷却法，它们都是通过一定的技术手段来提高钢结构的耐火极限。具体而言，喷涂法就是在钢结构表面涂上一层防火涂料，形成一个保护膜，从而提高建筑构件的耐火极限。防火涂料有厚型和薄型之分，不同厚度的防火涂料，其耐火极限不同。包敷法是采用砖、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。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，启动喷淋系统后钢结构表面会形成一层连续的水膜，达到保护作用。我们在设计时，要根据不同建筑对构件耐火极限的要求，通过科学比较，选出最恰当的防火保护方法，达到经济和安全要求。

3）钢结构建筑设计时要充分考虑人员疏散问题。由于钢结构建筑自身存在的弱点，我们在设计时要充分考虑人员疏散的因素，将人员密度指标和钢结构建筑的特点综合起来考虑，加强对安全疏散路线、疏散距离、疏散宽度的设计要求，保证人员疏散时间小于建筑构件的耐火极限，确保火灾时人员能安全逃生，避免群死群伤火灾事故的发生。