关键词：钢结构设计;建筑;耐火性能
引言
钢结构设计过程中需要进行各种荷载工况下的结构受力分析、稳定性设计。过程中结构专业往往对于建筑耐火性能的思考偏少，对钢结构抗火性能、防火保护措施及构造要求等相关内容不能准确把握，大多依照建筑或其他专业的设计说明给出参考建议。文章简要介绍钢结构耐火性能、保护措施及相关防火材料的特性，希望在钢结构设计过程中对建筑耐火性能的理解和把握有所帮助。
1钢结构建筑耐火性能的分析
钢结构虽然不具备燃烧性能，但是导热性能非常好，自然状态下导热率高达58．2W/(m·K)。如果钢结构遭遇火灾影响，钢构件温度超过200℃后强度开始减弱，温度达到350℃，500℃，600℃时，强度分别下降1/3，1/2和2/3，到500℃左右，其强度下降到40%～50%，当温度超过700℃时，构件强度要减少90%以上。通常情况下，火灾发生5min时间内，火场中的高温会上升到55℃。最典型的就是美国“9·11”事件，导致世贸大楼出现垮塌原因主要是受到高温烘烤而倒塌的。钢结构因为受热变形巨大，而自身重量却较重，就出现了垮塌现象。依据GB50016—2014建筑设计防火规范5.1.2条规定:针对耐火等级为二级的民用建筑，它们的柱梁以及模板和屋顶承重结构的耐火级别，不能小于2.50h，1.50h，1.00h。当前，我们新建的无论是民用还是工业建筑耐火等级均要求在二级以上。而试验表明:如果钢结构建设完成后，没有布置任何的防火设施，经过0.25h火烧后，就会出现大面积变形，因此，钢结构的防火性能研究，主要是对于其如何进行防火保护入手，其实际效果具有非常好的推广意义。
2钢结构的防火保护措施
钢材拥有良好的结构性能，使得钢结构在现代建筑中得到了普遍应用。为了弥补钢材在防火性能方面的不足，必须对钢结构进行一定的防火处理，这样可以有效的提高钢材的耐火性能，从而满足建筑构件的燃烧性能及耐火极限的要求。
2.1截流法保护
截流法的原理就是截断或者阻止热量在构件间的传输，从而保障构件在规定的时间内温度的上升不超过预期规定。通常，我们在构件的表面设置一定厚度的保护材料，而这种材料具有导热系数小、热容较大的特性，因而在火灾发生后温度在通过这层材料向构件传递过程中得到了有效减缓，对钢构件有了很好的保护效果。实际应用中的截流法包括：1）喷涂法:包括防火涂料、无机纤维防火材料等。2）包封法：外包混凝土或砌体、防火板包覆等。3）水喷淋法：对于高大空间的钢构件采用自动喷水装置在火灾发生后有效喷水截流高温。
2.2疏导法保护
疏导法是源于对温度的有效疏散而形成的。火灾发生后，我们可以从有效消耗或转移高温能量方面做到对钢构件的有效保护。目前应用的疏导法包括：钢构件表层伴冷却装置、钢构件内部充循环水冷却等方法。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆此种方法原理简单且效果明显，所采用的装置基本上都与火灾自动报警系统相结合。目前无论从技术理论还是实际应用上都存在一定制约，尚处于不断改进提升阶段，应用前景还是值得期待的。
3钢结构防火涂料的运用
3.1防火涂料的类别
钢结构防火涂料的种类非常多，但是可以大致概括为:以无机材料为主的厚型非膨胀涂料、有机材料为主要组成的薄型涂料以及超薄型膨胀涂料等三种。厚型非膨胀涂料的喷涂厚度一般在10mm～40mm，耐火极限可达0.5h，甚至需要更长时间。厚型防火涂料的主要成分一般是无机材料，由于其防火性能极佳，且经过大量实践经验总结出，其可靠性较强，但是整体质量较高，涂料的颗粒也比较大，外表面不美观，造成整体建筑物外形不能达到工程要求，所以此种方法通常使用在不暴露在外的表面上。薄型膨胀涂料，其通常情况下的厚度在3mm～10mm之间，该种材料受热后会膨胀，进行在其表面形成一个耐火层，防止钢结构表面温度过高，保护其不被损坏。这种涂料一般使用的是乳胶聚合物再加之阻燃剂和添加剂而成。超薄型涂料主要是指厚度在3mm的涂料，其在受外界热量影响时，会形成一个外表隔热层，是近年来才发明的新技术。其可以选择喷涂、刷涂或者滚涂的施工方式，多用在耐火不超过2h的钢结构上。与其他两种材料相比较来说，其更具有粘度细、使用便捷以及外观非常美观等优点。
3.2钢结构防火涂料的品种选用
CECS200∶2006建筑钢结构防火技术规范第9.1.3条规定，钢结构应如何选择防火涂料，遵循以下几个条件:1)高层建筑或者其他隐藏的位置，必须保证耐火极限在1.5h以上，一般使用非膨胀型防火涂料。2)室内或者其他需要装修的部分，可以选择耐火极限在1.5h以内的，多选择膨胀型涂料。3)如果要求耐火极限必须在1.5h以上时，或者室内的建筑结构，此时不应选择膨胀型防火涂料。4)露天建筑应根据环境选择防火涂料，并且在施工完成后的一年内，涂料性能不会因为环境的侵蚀受到限制。5)复层涂料混合使用，底层必须能够与防锈漆搭配使用，增强钢结构的防锈功能。6)膨胀型防火涂料在开始使用前，必须经过严格的耐火试验，确定合格后方能进行使用。CECS24∶90钢结构防火涂料应用技术规范规定，应用钢结构和防火涂料时，应遵循以下几个方面:1)室内外露结构或者有装饰性要求的结构部分，要选在耐火性能在1.5h或者以下的，通常使用的是薄型防火涂料。2)室内隐蔽结构、高层建筑或者工业厂房，一般选择耐火极限超过1.5h的防火涂料，一般是厚型涂料。3)露天结构要选择能够在外部使用的涂料。不管依据什么原则选择防火涂料，都应该遵循以下原则:1)使用安全，无毒无害;2)与钢结构部分融合在一起;3)选择能够达到结构预定的耐火极限;4)钢结构构件遇火发生变形后，防火涂料还应该保持原有形态，性能不会发生变化;5)有效降低工程成本。
结语
建筑耐火性能设计是钢结构设计不可缺少的部分，结构设计文件中应明确清晰的描述各部位钢构件的防火设计要求。作为结构设计人员，应该准确掌握钢结构耐火性能、保护措施及方法，熟悉各种类型防火涂料的应用条件和施工要求。如何提高工程设计质量，保证工程施工顺利进行，需要设计人员对规范相关规定做到深入理解和思考，在充分按照标准的设计要求前提下做到更加合理和高效。
参考文献
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论文作者: 陈硕
论文发表刊物:《建筑实践》2019年38卷23期
论文发表时间:2020/4/3
标签：钢结构论文; 耐火论文; 性能论文; 涂料论文; 建筑论文; 防火涂料论文; 材料论文; 《建筑实践》2019年38卷23期论文;