钢结构防火设计浅析

陈兵波

武汉炼化工程设计有限责任公司 湖北武汉 430000

当前我国建筑工程项目正在向着高层化和超高层化方向发展，这些建筑多选择钢结构。钢结构本身具有高强度和抗震性能优的特点，结构自重小，施工周期短，因此钢结构住宅的开发属于当前建筑行业发展的热点。钢结构住宅、体育馆、展览馆等公共场所的可燃物种类和数量也逐渐增多，因此对钢结构建筑防火设计要引起足够的重视。钢结构本身的防火性能相对较差，导热系数大，在450～650℃高温环境下几乎失去承载能力，将产生严重的变形而酿成严重的后果。如果钢结构建筑本身缺乏各项防火保护措施，火灾发生后钢结构建筑非常容易由于温度过高等发生倒塌或者变形，因此在发挥钢结构良好力学性能的同时必须要做好防火设计，本文就此展开了研究分析。

1 钢结构建筑火灾危险性分析

钢结构耐火性能差的特征导致其应用受到一定限制。当有火灾等情况出现时，钢结构本身不会发生自燃，但是受到高温灼烧等因素影响，其性能严重下降，导致钢结构本身失去承载能力而变形，很大程度上增加了救援工作的难度。相关研究表明，如果钢结构建筑未做好防火设计，其支撑时间将不会超过20min，给初期灭火就造成很大的困难，另外火灾时也伴生大量热量和有毒有害的烟雾，影响灭火救援的展开。

2 高温条件下钢结构力学性能分析

钢结构建筑的承载骨架主体是钢材，钢材本身属于不可燃材料，但是在高温环境下，随着温度的升高，钢结构整体力学性能会发生大幅度下降，弹性模量、抗压强度以及屈服强度等明显降低。有研究表明，如果温度超过150℃，想要使钢结构建筑稳定性继续得到保证，必须要给予针对性的防护措施。温度在250～300℃时，钢结构强度会迅速下降，温度在350℃时，钢结构屈服强度下降超过1倍，温度在500℃时，钢结构将丧失原有强度和刚度。一般火灾现场温度往往在700℃以上，钢材的力学性能会发生非常大改变，甚至出现倒塌等问题。

3 钢结构建筑防火基本性能要求

3.1 有良好绝热性能

钢结构往往作为建筑钢柱和钢梁使用，根据一级防火要求，钢柱耐火极限大约在3h左右，钢梁的耐火极限在2h左右。按照二级防火要求，钢柱和钢梁的耐火极限会有一定的缩短，钢结构在表面长时间受到超过200℃温度辐射热，或者短时间内承受高温火焰时，必须要给予针对性的防护措施，使钢结构使用过程中的安全可靠性得到保证。

3.2 有良好环保性能

当前建筑工程项目室内施工中的空气污染已经成为影响公众健康的一项主要因素，因此钢结构建筑的防火材料及作法还应具有非常好的环保性能，这一要求落实在钢结构施工以及使用等过程中，严禁产生对人体有害的气体及其他物质。钢结构建筑使用过程中一旦发生火灾，防火材料内部阻燃成分受到高温等因素影响，将容易产生有毒有害气体，对现场被困人员以及消防人员的生命安全造成严重威胁[1]。

4 钢结构建筑防火设计

4.1 钢结构建筑防火设计基本思路

不同形式及功能分区的钢结构建筑，在设计前需要结合建筑图纸以及《建筑防火设计规范》的要求相结合，针对性的明确建筑耐火等级，之后对所设计项目耐火稳定性、隔热性等性能展开综合分析，明确建筑耐火极限。

当前钢结构建筑在厂房、展厅、商超、航站楼等大跨度空间中有着非常广泛的应用，这些建、构筑物的钢结构以薄层结构和圆柱等为主，其截面面积相对较大，受到这一因素影响，当有火灾等情况出现时，结构受热面积大，吸收热量高，钢结构的稳定性和承载能力会在火灾出现后较短时间内急剧下降[2]。

4.2 现代钢结构防火设计标准

以计算为基础的防火设计在实际应用中具有非常明显的优势，能够从实际情况出发展开耐火设计。在具体设计中：第一，明确各类构件表面的防火被覆厚度；第二，明确处于耐火极限下的构件内部温度；第三，根据现有高温条件下钢材料的力学性能参数，明确结构温度作用以及外荷载作用下的内力情况；第四，展开荷载组合；第五，结合构件以及受载类型等方面情况对构件在耐火承载力极限状态进行验算；第六，如果防火被覆厚度计算存在问题，那么还需要对其重新进行调整和优化，直至满足规范要求。

4.3 根据建筑重要性合理选择钢结构建筑耐火等级

不同钢结构建筑的用途各不相同，其火灾危险性也会存在一定的差异。钢结构建筑防火设计中必须要与我国建筑防火规范相结合，综合多个方面因素分析考虑。根据国家一些强制性的规定和建筑重要性等级，对钢结构建筑的火灾危险性类别进行合理的划分，之后结合分类明确钢结构建筑防火设计所需要达到的防火等级。

4.4 报警系统和灭火装置

以往的报警设备感温探测器探测高度在8m以下，感烟探测器的探测高度在12m以下。钢结构建筑空间构造相对较大，在固定房间报警系统设计方面可采取一般探测器，针对展区等较大空间，报警系统可选择双波段火焰探测器等设备，同时搭配自动水炮系统使用。在灭火装置方面，自动报警灭火系统在建筑防火方面发挥了重要价值，其应用非常广泛，主要是利用加压设备将水送入管带喷头，喷头收到控制信号后自动启动洒水灭火，实现对火灾蔓延的有效控制。高层建筑在防火方面需要以自防自救为主，适当增大室内消防用水量[3]。

5 结语

当前人类的活动对钢结构建筑防火方面要求越来越高，想要实现对现有建筑防火规范的完善，明确建筑在火灾下的安全性能，使钢结构耐火设计方法得到优化，每一个建筑防火研究人员都需要在实践中不断研究探索。钢结构建筑设计人员在具体设计过程中需要与建筑实际情况相结合，从材料耐火性、耐高温性和耐腐蚀性等方面综合分析考虑，提高钢结构建筑防火设计合理性，使建筑内人员生命和财产安全得到保证。