钢结构建筑存在问题及防火保护措施.docx

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钢结构建筑存在问题及防火保护措施

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钢结构建筑存在问题及防火保护措施

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钢结构建筑存在问题及防火保护措施

钢结构作为现代建筑的一种主要形式，具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工周期短、建筑工业化程度高、空间利用率大等优点，为建筑的优化设计提供了相当大的空间，为企业节省了大量的投资，赢得了更多的利益。

因此，近年来，钢结构建筑在业内得到了广泛的应用。

然而，钢结构建筑耐火性能差的特点也非常明显，笔者根据当前钢结构使用广泛的实际，分析了钢结构建筑在火灾防范中存在的缺陷，提出了钢结构建筑中一些防火措施，作为钢结构建筑防火设计和重大火灾隐患整改参考。

2、钢结构的运用现状

近年来，随着经济的快速发展带来了建筑业的空前繁荣，一些大跨度、超高层建筑应运而生。

建筑物中运用钢结构种类越来越多，厂房、桥梁、住宅、工厂、仓库、体育馆、展览馆、超市等建筑也越来越广泛运用轻钢结构。

人类文化生活的不断提高，对高层、大跨度建筑的要求也就越来越高，钢结构本身具备自重轻，强度高，施工快等独特优点，因此对高层、大跨度，尤其是超高层、超大跨度，采用钢结构是非常理想的的选择。

目前世界上最高、最大的建筑一般都是采用钢结构，而历届奥运会的场馆也多采用钢结构，如：

世界第三高度420米的上海金茂大厦，具有国际领先水平的深圳赛格大厦72层、高度291米全部采用钢管混凝土柱，采用国产钢材、国内设计、施工的大连世贸中心，跨度216米的公路铁路两用低塔斜拉桥——芜湖长江大桥，上海宝钢大型轧钢厂房等。

随着钢结构的发展，我国低层、多层及轻钢结构运用越来越广泛，高层及超高层和大跨度钢结构也有了较大发展。

3、钢结构建筑存在的消防安全问题。

钢结构建筑的梁、柱、屋架是建筑的骨架，它的安全性直接关系到整幢建筑的安全，它们大都采用钢材。

与其存在的优点相比较，钢结构也存在其自身缺点，钢结构建筑耐火极限低，保温隔热性能差，容易腐蚀等。

国内外钢结构建筑物的火灾案例都证明，发生火灾后20分钟以内钢结构建筑物就会被烧垮，变成一片废墟。

1973年5月天津市体育馆火灾，1969年12月上海文化广场火灾，1972年8月北京二七机车车辆厂纤维板车间火灾，都曝露了钢结构耐火性能差的致命弱点。

特别是美国“9.11”事件后，钢结构的一大致命缺陷即抗高温软化能力差的问题引起人们的普遍关注。

3.1钢结构的耐火等级较差

钢的内部晶体组织对温度非常敏感，温度的升高或者降低都会使钢材性能发生变化。

总的趋势是随着温度的升高，钢材强度降低，变形增大。

根据钢构件耐火实验得到钢构件的耐火极限为：

t=0.54（Ts-50）（F/V）-0.6

式中：

t—耐火极限，min（分钟）；

Ts—钢构件温度，℃（摄氏度）；

F/V—构件的截面系数，等于单位长度构件的受火面积与其体积的比值，m-1。

耐火极限是指对任一建筑构件按时间-温度标准曲线进行耐火实验，从受到火的作用时起，到失去支持能力或完整性被破坏或失去隔火作用时止的这段时间。

因此，常用钢结构构件的耐火极限只有15min—30min。

我国20世纪90年代初对裸露钢梁的耐火极限进行了验证，确认I36b、I40b标准工字钢梁的耐火极限分别为15min、16min。

《建筑设计防火规范》GB50016-2006中，将建筑物的耐火等级划分为四级，划分的依据是组成建筑物的构件的燃烧性能和构件最低的耐火极限。

未经防火保护的钢结构建筑物的耐火等级仅为四级，不能满足火灾情况下对建筑防火的要求。

钢结构适用的体育馆、剧院等重要公共建筑，规范要求应达到一、二级耐火等级；高层建筑，规范要求应为一、二级耐火等级；而丙类的工业厂房，规范要求最低的耐火等级为三级。

所以，钢结构建筑物必须对钢结构进行必要的防火保护，克服其材料实际应用中耐火性能的不足，达到规范对相应使用性质和建筑规模建筑物的耐火等级要求。

3.2钢结构遇高温易变形，造成建筑物倒塌

钢是含碳量小于2%的铁碳合金，碳大于2%时则为铸铁，制造钢结构所用的材料由碳素结构钢中的低碳钢及低合金钢，碳素结构钢由纯铁、碳及杂质元素组成，低合金结构钢中，除上述元素外还加入合金元素，后者总量通常不超过3%。

碳是形成钢材强度的主要成分，碳含量提高，则钢材强度提高，但同时钢材的塑性、韧性、冷弯性能、可焊性及抗锈蚀能力下降。

含碳量小于0.25%的为低碳钢，钢结构用钢的碳含量一般不大于0.22%，钢材虽然是不燃烧体，但就其自身耐火性能来讲，远低于砖石和钢筋混凝土，钢结构建筑具有耐火性能差这个致命弱点，在未进行防火保护的情况下，火灾时，其强度会迅速下降，约在150℃以内钢材性能没有很大的变化，在430℃—540℃之间则强度急剧下降，600℃时强度很低不能承担荷载。

另外，250℃附近出现兰脆现象，约260℃—320℃时有徐变现象。

在自身温度达到540℃左右时，钢材的屈服应力仅有常温屈服应力值的40%，使承载能力急剧下降，钢结构不可避免地发生变形，造成钢结构建筑物一部分或全部垮塌毁坏。

一般火场温度达到800℃—1000℃，在这样高的温度下，裸露的钢结构会很快出现塑性变形，产生局部破坏，造成钢结构建筑整体倒塌。

要使钢结构材料在实际应用中克服耐火方面的不足，必须对其进行防火处理，其目的就是将钢结构的耐火极限提高到设计规范规定的极限范围。

防止钢结构在火灾中迅速升温发生形变塌落，其措施是多种多样的，关键是要根据不同情况采取不同方法，如采用绝热、耐火材料阻隔火焰直接灼烧钢结构，降低热量传递的速度推迟钢结构温升、强度变弱的时间等。

对于钢结构的防火保护，无论采取何种方法都应具备以下几点：

（1）安全无毒；

（2）易于与钢构件结合；

（3）在预期的耐火极限内可有效地保护钢结构；

（4）在钢构件受火后发生允许变形时，防火保护材料应不被破坏而仍能发挥原有的保护作用；

（5）经济合理。

由于钢结构耐火性能差，在火灾高温作用下很快倒塌，耐火极限仅为15分钟，若采取措施，对钢结构进行保护，提高耐火极限，即使钢结构在火灾中也能保持稳定性、绝热性。

4.1外包防火层法

外包防火层法就是在钢结构外表添加外包层，可以现浇成型，也可以采用喷涂法。

现浇成型的实体混凝土外包层通常用钢丝网或钢筋来加强，以限制收缩裂缝，并保证外壳的强度。

喷涂法可以在施工现场对钢结构表面涂抹砂泵以形成保护层，砂泵可以是石灰水泥或是石膏砂浆，也可以掺入珍珠岩或石棉。

同时外包层也可以用珍珠岩、石棉、石膏或石棉水泥、轻混凝土做成预制板，采用胶粘剂、钉子、螺栓固定在钢结构上。

外包防火层法通常应用于钢柱，其做法有：

金属网抹50#砂浆保护，厚度为8mm，耐火极限达到0.8h；用加气混凝土作保护层，厚度为40mm时耐火极限为1.0h，当厚度为80mm时，耐火极限能够达到2.33h；用200#混凝土作保护层，保护层厚度为100mm时耐火极限能够达到2.85h；用普通粘土砖作保护层，厚度为120mm时耐火极限能够达到2.85h；用陶粒混凝土作保护层，保护层厚度为80mm时耐火极限能够达到3.0h。

随着技术发展，用防火板作保护层技术越来越完善，应用越来越广。

防火板钢结构防火保护主要用于耐火等级为一、二级的建筑物的钢柱、梁、楼板和屋顶承重构件，设备的承重钢框架、支架、裙座等钢构件进行包覆和屏蔽，以阻隔火焰和热量，降低钢结构的升温速率，将钢结构的耐火极限由0．25h提升到设计规范规定的耐火极限。

其安装方法可采用粘结剂或钢件（如铁钉、铁箍）固定在钢构件上，在作包覆保护之前钢构件应先作防锈去污处理，并涂刷防锈漆。

在日常施工监督检查和工程项目验收过程中，我们会发现个施工单位为降低成本赚取利润，在施工过程中未按照要求进行操作，甚至偷工减料，致使防火层厚度不够，建筑防火等级下降，因此，要加强这方面的监督和管理，作为建筑施工、验收检查的重要环节。

4.2防火涂料法

防火涂料法就是在钢结构上喷涂防火涂料以提高其耐火极限。

目前，我国钢结构防火涂料主要分为薄涂型和厚涂型两类，即薄型（Ｂ类，包括超薄型）和厚型（Ｈ类）。

薄型涂层厚度在7mm以下，在火灾时能吸热膨胀发泡，形成泡沫状炭化隔热层，从而阻止热量向钢结构传递，延缓钢结构温升，起到防火保护作用。

其主要优点是：

涂层薄，对钢结构负荷轻，装饰性较好，对小面积复杂形状的钢结构表面的工比厚型要容易；厚型涂层厚度为8-50mm，涂层受热不发泡，依靠其较低的导热率来延缓钢结构温升，起到防火保护作用。

两者具有不同的性能特点，分别适用于不同场合，但是，无论那种产品均应通过国家检测机构检测合格，方可选用。

（1）防火涂料技术性能指标

厚涂型钢结构防火涂料技术性能指标：

粘性强度（Mpa）≥0.04

抗压强度（Mpa）≥0.3

干密度（kg/m3）≤500

热导率［W/（m•；K）］≤0。

1160（0。

1kcal/m•；h•；0C）      

耐水性（h）≥24

耐冻融循环性（次）≥15

耐火极限涂层厚度（mm）1520304050

耐火时间不低于（h）1.01.52.02.53.0

薄涂型钢结构防火涂料技术性能指标：

粘性强度（Mpa）≥0.15

抗弯性挠曲L/100，涂层不起层、脱落

抗震性挠曲L/200，涂层不起层、脱落

耐水性（h）≥24

耐冻融循环性（次）≥15

耐火极限涂层厚度（mm）1520304050

耐火时间不低于（h）1。

01。

52。

02。

53。

0           

（2）钢结构防火涂料的选用规定

室内裸露钢结构、轻型屋盖钢结构及有装饰要求的钢结构，当规定耐火极限在1.5h及以下时，宜选用薄涂型钢结构防火涂料;

室内隐蔽钢结构、高层全钢结构及多层厂房钢结构，当规定其耐火极限在1.5h以上时，应选用厚涂型钢结构防火涂料;

露天钢结构，应选用适合室外用的钢结构防火涂料，用于保护钢结构的防火涂料应不含石棉，不用苯类溶剂，在施工干燥后应没有刺激性气味；不腐蚀钢材，在预定的使用期内须保持其性能。

钢结构防火涂料的涂层厚度，可按下列原则之一确定：

按照有关规范对钢结构不同构件耐火极限的要求，根据标准耐火实验数据选定相应的涂层厚度。

根据标准耐火试验数据，按照下列计算方法确定涂层的厚度。

（4）钢结构防火涂料施用厚度计算：

在设计防火保护涂层和喷涂施工时，根据标准试验得出的某一耐火极限的保护层厚度，确定不同规格钢构件达到相同耐火极限所需的同种防火涂料的保护层厚度，可参照下列经验公式计算：

式中T1——待喷防火涂层厚度（mm）；

T2——标准试验时的涂层厚度（mm）；

W1——待喷钢梁重量（kg/m）；

W2——标准试验时的钢梁重量（kg/m）；

D1——待喷钢梁防火涂层接触面周长（mm）；

D2——标准试验时钢梁防火涂层接触面周长（mm）；

K——系数。

对钢梁，K=1；对相应楼层钢柱的保护层厚度，宜乘以系数K，设K=1.25

公式的限定条件为：

W/D≥22，T≥9mm，耐火极限t≥1x。

（5）钢结构防火涂料施工作为建筑工程中的重要组成部分，首当其冲的是防火涂料的质量。

《钢结构防火涂料应用技术规范》（CECS24：

90）第3。

2。

1条规定:

“用于保护钢结构的防火涂料必须有国家检验机构的耐火极限检测报告和理化性能检测报告，必须有防火监督部门核发的生产许可证和生产厂方的产品合格证”。

少数防火涂料生产厂家虽通过国家消防产品检测机构的检测，但内部采用送检样品使用一套生产标准（甚至购买其它合格产品冒充自己产品送检），生产产品却用另一套标准的方法，为追求经济效益，降低原材料等级、擅自改变配方，导致劣质产品流入市场。

同时，个别建设单位不清楚规范或图省钱，直接雇用刷油工或组织有关非专业人员涂刷，非专业队伍不懂防火涂料喷涂技术，直接影响了工程质量。

因此，我们在日常验收过程要注意以下几个事项。

薄涂型钢结构防火涂料施工要符合以下要求：

1、涂层与钢基材之间以及涂层之间要粘结牢固、无脱层、空鼓等情况；2、涂层厚度要符合有关耐火极限的设计要求；3、涂层外观要平整光滑，轮廓清晰，颜色均匀，无明显凹陷、粉化、松散和浮浆，乳突已剔除，如有个别裂缝，其宽度不应大于0。

5mm。

厚涂型钢结构防火涂料要符合以下要求：

1、涂层与钢基材之间以及涂层之间要粘结牢固、完全闭合，无脱层、空鼓等情况；2、涂层厚度的80%以上（含）面积要符合有关耐火极限的设计要求，且最薄处厚度不应低于设计厚度的85%；3、涂层外观要均匀平整，无明显凹陷、粉化、松散和浮浆，乳突已剔除，如有个别裂缝，其宽度不应大于1mm。

4.3发泡防火漆法

防火漆是由成膜剂、阻燃剂、发泡剂等多种材料制造而成的一种阻燃涂料。

防火漆与一般油漆相比，在物理性能方面基本一样，不同的是它干燥以后，漆膜本身不易燃烧，遇火时，能推迟火焰延烧到涂漆的可燃物上，具有一定的防火性能。

据试验：

将一般油漆与防火漆分别涂在木板上，干燥后，用同样的火焰烘烤，涂一般油漆的木板，不到2分钟就和油漆一道焦灼；而涂非膨胀惰气型防火漆的木板，２分钟后仅出现阴燃现象，静置30秒后立即熄灭；涂膨胀惰气型防火漆的木板，即使烘烤１５分钟，连阴燃现象也未出现。

由此可见，用防火漆涂于物体表面，一旦发生火灾，的确能在定时间里阻止火势蔓延，保护物体表面，从而为灭火战斗取宝贵的时间。

防火漆具有很好的耐火和阻燃性质，在日常实际中也被广泛使用，但是目前，个别单位用一些生产要求不达标的劣质防火漆，甚至用一般油漆充当防火漆，以次充好，大大降低了钢结构建筑的防火性能，因此，在日常施工监督检查和工程项目验收过程中，要着力把好发炮防火漆的源头关。

（1）防火漆施工工艺

将钢结构表面除锈后，刷涂一层铁红或红丹底漆，底层完全干燥后方可进行下一工序，使用前将涂料搅拌均匀，基材表面清除干净，无油污、无尘土。

采用刷涂或喷涂，涂膜均匀，若涂料过稠可用专用稀料稀释，间隔6小时后刷第二遍，湿涂覆量≥500g/平方米。

（2）防火漆施工注意事项

涂料所用溶剂为挥发性易燃物，施工时注意通风，严禁火种并采取必要的消防措施；涂料未实干前，禁止与水接触，否则会影响防火保护质量。

5结束语

纲结构防火涂料保护，是涂层对钢基材起屏蔽作用，使钢结构不至于直接暴露在火焰高温中，涂层吸热后部分物质分解放出的水蒸汽或其他不燃气体，可以消耗热量，降低火焰温度和燃烧速度，稀释氧气。

此外，涂层本身多孔轻质和受热后形成碳化泡沫层，阻止了热量迅速向钢基材传递，推迟了钢基材强度的降低，从而提高了钢结构的耐火极限。

随着，科学技术的发展，纲结构防火设计、施工、验收等一整套方法和程序将逐步完善，钢结构建筑的防火能力将有更大进步。

参考文献：

（1）GB50016—2006，建筑设计防火规范

（2）GB50045-95，高层民用建筑设计防火规范

（3）CECS24：

90 钢结构防火涂料应用技术规范

（4）GB14907-94，室内钢结构防火涂料通用技术条件

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