上海建科检验有限公司 201108
摘要：随着我国经济的发展，各类高层建筑的修建越来越多，很多高层建筑都采用了强度高、抗震性强、自重小的钢结构，包括很多写字楼和住宅楼的建筑。但是由于这些建筑物的人员密集度高，因此钢结构建筑物的防火设计显得尤为重要。
1.引言
我国很多高层和超高层建筑在修建时都采用了钢结构建筑，目的是为了实现空间和跨度的提升。而钢结构由于其强度高，抗震性能强，而且自重小的特点而受到很多建筑设计的青睐。随着钢结构在住宅及办公楼修建中的广发应用，其防火设计的重要性也日渐凸显出来。本文主要就钢结构防火设计的优缺点和应用进行了阐述和分析。
2.钢结构建筑的防火设计种类
2.1 混凝土浇筑或耐火砖保护
钢结构建筑在设计时需要考虑到周围以混凝土或者耐火砖进行浇筑。混凝土和耐火砖由于其耐火性高于钢材，因此在遇到火灾时，具有较好的隔火作用。钢材本身是不燃烧的，但耐火性较差，导热速度快，高温会使得钢材的抗强度能力迅速下降，因此，钢结构建筑物如果不加外层隔火混凝土或者耐火砖的话，一旦遇到火，很容易达到失效临界温度，即540度，这时候其弹性及抗拉压能力很差，很容易发生变形和损毁。这是一种比较普遍的钢结构保护设计，尤其适合于保护钢柱，但是对于建筑物大梁的钢构件保护性没那么实用，究其原因是因为大梁上加固混凝土或者耐火砖的工程比较大，而且会增加大梁的重量。这种防火设计对于那些初期升温很快的火灾的抵御效果不是很好，因为迅速的升温会加剧钢结构的软化和变形。
2.2钢构件包覆材料
钢结构表层可以包覆或者涂抹一些防火材料，例如蛭石板、珍珠岩板、石膏板、石棉水泥板、硅酸钙板等轻质耐火材料，也能很好的保护钢结构构件免受火灾的损坏。像珍珠岩板和石膏板，整体重量较轻，而且保温性和隔音性强，最主要是耐火性好。目前建筑中常用的珍珠岩板、石棉水泥板、硅酸钙板及石膏板都对钢构件起到很好的包覆作用，有效起到防火的作用。
以石膏板制作为例，制作的原料是以石膏为主的无机复合材料。用于建筑物时已经经过了硬化，其中的二水石膏含有21%的结晶水，因此，脱水后的石膏板不导热，而且能起到非常好的阻热作用。像珍珠岩板、石膏板的耐热温度至少是600度，蛭石板和硅酸钙板甚至可以达到850--950度，这些包覆层常用于高层钢结构件的防火设计。纤维增强复合材料作为耐火性较好的包覆材料，热熔度高，耐烧时间久，隔热性能优良，但是由于应用中的工序较为复杂，因此还不够十分的普及。随着科技的发展，四川消防科学研究所最新开发的一种新型钢结构防火板由于其耐温性可达1100度，在很多建筑中得以使用，防火性能非常好。这种防火板成本低、轻便易用，而且包覆屏蔽作用非常强，在钢结构防火设计中应用前景很好。
2.3钢结构防火涂层
钢结构防火涂层目前常用的可以分为饰面型防火涂料和钢结构防火涂料。防火涂层可以是液体状，也可以是可液化的固体粉末或浆状物，能有效的增强钢构件的防火性，因为涂层形成的膜状物能够及时有效的阻止遇到火灾时火势的蔓延。适合于钢构件防火涂层的材料没有助燃性，防火级别也要达到A级，有效的延长了大火时产生的热量透入涂料下面的钢构件的时间，延迟或抑制了火势的进一步蔓延，对钢构件起到了很好的屏蔽作用。
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一些钢构件使用的涂层是膨胀型的，遇到大火时体积会迅速膨胀到原来的50倍到200倍，这就增强了保护层的屏蔽隔热作用，防止热量传递到钢材上。还有一些钢结构的防火涂层时吸收热量并且分解出水蒸气或者二氧化碳来降低火焰的温度或者火势燃烧和蔓延的速度。这实际上是一种碳化膜绝热层，导热率远远低于钢材本身及混凝土或耐火砖，有效的起到了保护钢构件的作用。
钢构件的防火涂层对于周围环境及空气湿度及温度有很大的关系，由于这些因素，防火涂层会出现脱落、龟裂、气泡或粉化，这将大大的降低涂层的保护作用。因此，在选择钢构件防火涂层的时候，一定要选择那些质量好的材料，而且在涂抹时要薄厚均匀，达到设计时的厚度，否则遇到大火时其防火性就较差了。
2.4钢结构构件内部充水
钢结构构件内部冲入可以循环的水在遇到大火时可以有效的降低温度，延迟钢结构的变形速度。但这种防火设计的缺点也是很明显的，首先是水循环的畅通和充分，而一些钢结构经过多年后很多管道都堵塞了，管道内部的防腐蚀处理如果不得当的话，就会导致了水循环的失败。其次是钢构件充水会增加钢结构的重量，一旦火势较大，水循环不流畅，反而使得加剧了钢构件变形的速度。
3.钢结构构件的主动防火保护
相比于那些包覆或者涂层等被动防火设计，钢结构的主动防火保护更加重要。在钢结构建筑设计时，采取自动灭火或者排烟的设计系统能在遇到大火时及时排除建筑物内部的热量，阻止大火的蔓延并且起到一定的灭火作用。事实证明，及时有效的排除室内的热量能够很好的降低大火蔓延的速度，而且也能减少热释放率，延长了钢结构变形或损坏的速度，有效的保护了建筑物的安全。因此，在建筑物的钢构件设计时装置灭火设施能够有效的扑灭初期火势，给建筑内的人员争取足够的时间疏散。
目前常用的主动防火保护主要是自动喷水灭火系统，这个系统可以有效的浇灭初期火势。自动喷水灭火系统在设置时要根据建筑物的外部环境进行温度的设定，范围控制在57度到350度之间，工业和民用建筑一般是68度。美国消防专家的实验也证明了自动喷水灭火系统在火势初期运转几分钟后就会得到有效控制，热释放速度立刻降低50%，室内的烟雾及温度降低100摄氏度，这样就给人群的疏散争取了时间，而且建筑物也不会发生很快坍塌的现象。由于钢结构自动防火系统的保护，热释放的速度的降低，保护了钢结构的完整。
自动灭火系统的装置好根据建筑物的性质和功能进行选择，对于住宅民用或写字楼而言，这种自动灭火系统设施的灭火作用上很明显的，但是对于一些化工企业的生产车间或者仓库中有可燃气体或者液体时就不宜装置这种设施。可以用泡沫或干粉等灭火材料进行防护。钢结构自动灭火系统的日常维护管理很重要，保护灭火设施的完整和有效在遇到火灾时才能有效的发挥作用。
4.结束语
使用钢结构的建筑物需要特别注意防火，因为建筑物一旦着火，不仅有经济损失，还会伤害人民的生命安全，因此，在高层或超高层大楼施工中，钢结构的防火设施是非常重要的。只有及时预防，才能使得建筑物安全的为人所用。
参考文献：
[1]王雪因，钢结构建筑防火材料学（M）北京：中国建筑工业出版社，2001，09
[2]侯丽曼，建筑钢构件材料学（M）重庆：重庆大学出版社，2013，03
[3]李丽丹，浅析建筑防火材料的应用（J），辽宁建材，2010，06
[4]张相悦，防火材料在钢结构上的应用（J），浙江建筑，2010，08
论文作者:刘文逸
论文发表刊物:《基层建设》2016年8期
论文发表时间:2016/7/14
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