浅谈钢结构防火保护

张志博 朱红振（郑州大学土木工程学院，河南 郑州 450001）

浅谈钢结构防火保护

张志博 朱红振
（郑州大学土木工程学院，河南 郑州 450001）

随着我国钢结构建筑物的不断发展，钢结构防火问题显得越来越突出和重要，为了满足建筑物高度高和跨度大的要求，钢结构的应用越来越普遍，可是钢结构的发展却被钢材耐火性能差这点所大大制约。本文主要介绍了钢结构的耐火极限、防火措施和耐火机理等。

钢结构；防火保护

1 钢结构的现状及应用分析

1.1 钢结构的现状

伴随着经济的高速增长，建筑业也在蓬勃发展，大跨度，超高层的建筑越来越多。同时，钢结构在建筑中的运用也越来越多。伴随着人们生活水平的不断提高，对高层、大跨度结构的要求也越来越高。而钢结构由于本身强度高、自重轻、施工快的独特优点,成为高层、大跨度建筑,尤其是超高层、超大跨度建筑的理想选择对象。

1.2 钢结构的优点和缺陷

钢材具有强度高、塑性好、抗震好、重量轻等优点，这些优点使得钢结构既有良好的承载力，又能满足建筑设计中对造型不断多样化的要求。钢材为非燃材料，但是它的耐火性能非常差，其导热系数约为混凝土材料的40倍，例如弹性模量、屈服强度等力学性能则对温度非常敏感。随着温度的不断升高，钢材的屈服强度，弹性模量，抗拉强度是呈不断降低的趋势，但这些达到150℃以下时变化不大，可是当温度超过300℃时，钢材的抗拉强度、弹性模量、屈服强度开始出现显著下降的现象，并且伸长率开始进一步明显增大，此时钢材产生徐变；当温度达到400℃以上时，钢材的强度和弹性模量都加剧降低；到500℃左右，钢材的强度将会下降到40%-50%，钢材的屈服点、抗压强度、弹性模量等力学性能都迅速下降，低于建筑结构所要求的屈服强度。实际生活中火场温度都在800℃-1000℃左右，当火灾发生5min后温度已达到550℃以上。因此，如果没有重视普通钢材的防火保护，一旦发生火灾，这些建筑将很快倒塌，以至于危害到人们的生命和财产安全。[1]

1.3 钢结构保护的现状

随着越来越多的人防火意识的提高,如今钢结构越来越多都进行了防火方面的处理。但在有些地区,情况仍不太乐观。尤其是一些开发区和工业园内的厂房，大多还是以钢结构为主,但是这些建筑很多没有按照消防要求来对建筑物进行处理,一旦将来这些建筑发生火灾,将很快造成结构的破坏。

2 钢结构的防火原理

一般普通的钢结构，即未进行防火处理的钢结构耐火极限大约为15分钟，防火保护的目的就是让耐火极限达到设计规范的要求内。火灾时产生的热量传到结构，使钢材表面受热，由于钢材导热系数比较大，且钢结构构件大多是薄壁截面，都有较小的板厚，因此钢结构构件的内外温度差不多。因此当钢材表面受到高温时，会迅速引发到整个构件，进而导致结构承载力急剧下降乃至整个结构破坏。因此防火保护的方式虽然有很多，但它的原理都是用耐火或者防火材料来抵抗温度蔓延，降低热量传递的熟读，延缓结构达到临界温度。

3 防火保护措施

3.1 水冷却法

抵御火灾最有效的方法是往空心型钢里注水。这种方法在发生火灾时能使钢材温度不至于太高,水在钢结构内循环热量,吸收钢材受热产生的热量。受热的水冷却后可以再循环利用,或重新引入新的冷水来代替。对于非空心型钢的结构,可以将喷淋供水管网设在钢结构顶部,当发生火灾时,水管网自动(或手动)开始喷水,在构件表面形成一层持续流动的水膜,从而达到应有的保护作用。[2]

3.2 外包层法

即在钢材表面包裹外包层以阻隔火焰。外包层可以用现浇的混凝土来当作防火保护层，外包层可以采用混凝土、加气混凝土等，这些材料既不会燃烧，又拥有较大的热容量，可以减缓钢构件的升温。 同时也可用砂浆当做保护层，以提高整个构件耐火极限。还可以采用轻质的耐火材料，例如石膏板、珍珠岩板等包覆钢构件，并用螺栓或粘结剂等连接件固定在构件上。

3.3 屏蔽法

将钢结构放置在由耐火材料组成的顶棚或墙体内,或将构件放置在两片墙之间的空隙里,这样的话由于被耐火材料保护，发生火灾时钢结构的升温大为延缓,有效提高了钢结构的耐火能力,这是防火方法中最为经济的一种,但同时要注意吊顶的孔洞、接缝处应密封,防止发生窜火现象。但目前看来许多大跨度建筑、轻钢结构厂房其钢结构材料直接在室内裸露,所以不建议采用此种防火措施。

3.4 喷涂法

用专业喷涂机具将直接在钢构件表面喷涂防火材料，形成隔热耐火保护层。涂层对钢构件起些屏蔽作用，使其不在火焰高温中直接暴露；涂层在吸热以后，同时能释放出水蒸气以及其他非燃气体，从而起到消耗热量、燃烧速度和降低火焰温度、稀释氧气的作用；另一方面，由于涂层本身就多孔轻质，所以其受热后会形成碳化泡沫层，碳化泡沫层会阻止热量向钢材传递的速度，这些都延缓了钢材强度的降低，从而提高了钢结构的耐火极限，这便是喷涂法能发挥防火作用的原理。钢结构防火涂剂根据胶粘剂的不同可分为无机防火涂料和有机防火涂料这两类,根据涂层厚度分为以有机材料为主的薄型、超薄型膨胀涂料，或者以无机材料为主的厚型非膨胀涂料。

4 结语

由于钢结构的重量比较轻, 工业化程度比较高，抗震性能比较好,是一种绿色环保的产品,其具有可持续发展空间。并且我国的钢总量位居世界第一,为发展钢结构建筑提供了充足的物质基础,所以我国拥有广阔的钢结构市场。在此基础上，合理应用防火材料对钢结构进行防火保护,是提高钢结构建筑耐火等级的有效措施。

[1]蔡建中，夏文丽,杨霞.关于建筑钢结构防火保护技术的几点思考[J].上海涂料，2014，52（1）:42-43.

[2]刘磊.浅谈钢结构防火保护措施[J].科技资讯，2009，（10）:113.

TU714

B

1007-6344（2016）04-0254-01

张志博，河南省平舆县，郑州大学土木工程学院土木工程系，本科在读

朱红振，河南省开封市杞县，郑州大学土木工程学院土木工程系，本科在读