钢结构厂房的建筑防火设计探讨

刘学威

摘要：与传统的钢筋混凝土结构相比钢结构厂房优势明显，所以得到了越来越广泛的应用。本文针对钢结构厂房的建筑防火设计要点进行总结，首先简要分析了钢结构建筑的耐火性能，并从防火设计与防火分区两方面对钢结构厂房的设计要点进行总结，希望可以给相关设计工作的开展提供一些参考。

關键词：钢结构厂房; 防火设计; 防火分区

1   引言

钢结构厂房与钢筋混凝土结构厂房相比，优势主要体现在成本、施工周期上，同时在外观上具备较强的现代感，并且由于自重较轻，具有更好的抗震能力。但是由于材料性质，在耐火性上存在一定的不足，这就需要对钢结构厂房的结构特点及火灾危险性进行分析，并提出相应的设计策略。

2   钢结构厂房耐火性能分析

钢结构厂房的施工材料以钢材为主，所以较高的材料强度，可以适应大跨度、高荷载的应用场合;而由于钢结构材料制造简单，所以节约了大量的施工周期;自重较轻，提高了整体抗震性能的同时也凸显了钢材的绿色环保特性，实现了材料的循环利用。但是钢结构建筑耐火性能存在缺陷，虽然钢材不具有可燃性，但是在温度升高的情况下，钢结构的力学性能指标也会出现较大变化，影响整体承载能力。在一般情况下，温度上升到350℃时，整体强度下降三分之一;温度上升到500℃时，整体强度下降二分之一;温度上升到600℃时，整体强度下降三分之二。结合相关理论计算，全负荷的情况下，钢结构失去平衡稳定性的临界温度约为500℃，而发生火灾的情况下，温度可达到800℃以上，所以仅需15分钟，钢结构就会产生塑性变形，出现局部破坏，加之钢结构导热能力强，进一步降低了抗热能力。例如，某市食品厂房发生火灾，仅仅在30分钟后钢结构屋架即大规模倒塌，造成20人以上遇难，所以不难看出，防火是钢结构厂房设计中的关键环节，需要予以重视。

对于钢结构厂房的防火设计，可以从两个方面入手：其一，对于钢结构构件进行耐火性保护，确保其在火灾环境下控制温度上升速度，避免快速超过临界温度，在规定时间内保证钢结构的稳定性，为人员、物品的撤出提供充足的时间;其二，对工业厂房设置有效的防火分区，避免火灾快速蔓延。在一般情况下，钢质构件无法达到规范要求的耐火极限，这就需要对钢质构件进行耐火处理，常用的如涂料法、发泡防火漆法及外包防火层法等[1]。

3   钢结构厂房防火设计要点

3.1  防火涂料的应用

在钢结构表面喷涂防火涂料，提高材料的耐火极限，这样的处理方式就是防火涂料法。当前我国投入应用的防火涂料可分为两个类型，分别是薄涂型与厚涂型。薄型涂层的厚度不超过0.7cm，在火灾时可以及时吸热，实现膨胀发泡，形成炭化隔热层，有效地抑制热量向钢结构传导，降低钢结构温度上升速度，起到防火保护效果。其优势在于涂层厚度较小，所以不会形成过重的负荷，加之具有较好的装饰性，更加适应小面积、复杂形状的钢结构表面的涂抹。而厚型涂层厚度为0.8-5cm不等，在受热情况材料不会发泡，自身具有较低的导热速率，可以有效地延缓钢结构温度的升高。薄型与厚型涂层的优势与特点各不相同，所以适用于不同的场合，施工单位可以结合自身的生产特点，在材料通过相关检测机构检测后即可进行使用。

3.2  发泡防火漆的应用

发泡防火漆作为一种阻燃涂料，由多种材料构成，如成膜剂、阻燃剂、发泡剂等。虽然防火漆与一般油漆的基本物理性能相一致，但在干燥后不易燃烧，遇火时不易将火焰引至可燃物上，在防火性能上存在明显优势。相关实验与实践中得到以下结论：分别在木板上涂刷普通油漆与防火漆，充分干燥后进行火焰烧烤。涂有一般油漆的部分在两分钟内即出现焦灼;而涂有非膨胀型防火的木板在相同时间内仅仅出现阴燃，静置半分钟后即自动熄灭;而涂有膨胀型防火漆的木板在烧烤15分钟后也未出现阴燃现象。所以不难看出，防火漆料的选择对于钢结构厂房的防火性能极为关键，如果漆料选用得当，可以在火灾场合下有效地阻止火势的蔓延，对物体表面形成有效保护，为人员疏散与火灾扑灭争取宝贵时间。

3.3  外包防火层的应用

在钢结构的外侧加装外包层，在施工工艺上可以分为两个类型，分别是现浇成型与采用喷涂。现浇成型的实体混凝土外包层大多应用钢筋或钢丝网来进行补强，避免产生收缩裂缝，充分保持外壳部位的强度。喷涂法施工是在钢结构表面喷涂石灰水泥或石膏砂浆，形成保护层，也可以加入珍珠岩与石棉。外包层不仅可以应用上述材料，还可将轻混凝土加工成预制板，结合胶粘剂、钉子与螺栓在钢结构上形成固定[2]。

4   防火分区的设计

防火分区是指基于防火的需要来对建筑内部空间进行分隔，其可以在一定时间内避免火灾向建筑内其他部位蔓延。一旦发生火灾，在建筑内划分出若干个防火分区可以将火势控制在一定范围内，进一步减少火灾损失，这对于人员的疏散、火灾的扑灭而言都极为有利。在正常情况下，防火分区手段主要有防火墙、防火卷帘门、自动喷水灭火以及独立水幕等，但是由于工业生产厂房使用情况特殊，所以存在一定的局限性。

4.1  防火墙

防火墙是将厂房内部加以分隔，对火势蔓延进行控制，这种技术手段在民用建筑中应用较为广泛，但是在工业厂房中，由于厂房内的大空间被分割，对其通透性造成影响，多数情况下，生产工艺对连续性有较强的要求，同时基于厂房内部的物流组织要求，设置防火墙并不利于生产的开展，会提高管理成本。

4.2  防火门与卷帘门

应用防火门与防火卷帘门来实现防火分区，同样是民用建筑中的重要防火措施，但是钢结构厂房大多有较大的跨度，跨度可达30m以上，无疑给防火门与防火卷帘门的使用带来极大的影响，尤其是卷帘无法达到这样的规格，且大跨度卷帘门在操作中极易在滑槽中卡住，所以防火卷帘门并不适用于工业厂房的实际条件。

4.3  自动喷水灭火

结合我国现行规范来看，设有自动喷水灭火装置的建筑工程可以将防火分區面积扩大到原来的2倍。但是对于高度在8m的大空间建筑物内，设置自动喷水灭火系统并不会起到较大的作用，而轻钢结构厂房的内部高度往往超过此值;同时，在安装自动喷水灭火系统后，即便防火分区允许面积扩大，但也无法扩大到厂房内部全范围，所以并不适用。

4.4  独立水幕

水幕也可以起到防火墙的效果，将独立水幕结构作为防火分隔使用可以起到较好的应用效果。防火水幕可以应用喷雾型喷头与雨淋式喷头。在正常情况下，水幕喷头排列数量不应少于三排，而所形成的水幕宽度也应在5m以上，这种分隔方式灵活性强，也无需从结构上截断车间空间，所以适用于各种跨度尺寸。在生产中水幕不启动，而在发生火灾时则可以起到分隔的作用。但是将水幕作为防火分区，存在以下问题需要解决：其一，水幕的运作需要较大的水量供给;其二，厂房内火灾大多为局部火灾，应用灭火器即可扑灭，贸然启动水幕会损坏生产设备，造成不必要的损失。所以需要对于水幕的启动进行严格控制，并避免设备误动，虽然应用人工手动操作可以避免上述问题，但设备的维护会产生额外成本。

除此之外，如果生产工艺流程不允许设置防火墙，可以设置防火带，即在某个区域内，全部构件均应用不可燃材料，避免火焰在分区间流窜，起到防火分隔作用[3]。

5   结语

综上所述，当前钢结构厂房的防火主要经由防火涂料及独立水幕来实现，但厂房在日常使用上与普通建筑存在一定的区别，所以实际应用中也难如人意。这就需要在实践中结合厂房的使用需求、钢结构的特点来进行探索与创新，从而对现有的防火措施进行完善，切实提高厂房防火安全性。

参考文献：

[1]   唐  春.钢结构厂房设计常见细节问题及其解决对策[J].河南建材，2018，（06）：281-282.

[2]   刘虎堂.钢结构厂房设计常见细节问题及其解决对策探微[J].城市建设理论研究（电子版），2018，（26）：55.

[3]   付  荻.钢结构厂房设计中应注意的几个问题[J].建材与装饰，2018，（38）：104.