浅谈钢结构的建筑防火设计

浅谈钢结构的建筑防火设计

摘 要：建筑防火设计是钢结构建筑设计中的重点内容之一，也是建筑师和项目审核人员从方案到施工图设计整个工程中都必须严格控制的内容。针对钢结构的建筑防火设计进行了论述。

关键词：钢结构建筑；防火；设计 引言：

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，钢材虽然是不燃材料，但其耐火性能很差，随着温度的变化，其力学指标会发生很大的改变，承载力和平衡稳定性会随温度升高而大幅度下降。这就给我们广大建筑设计人员提出了一个新的课题，怎样才能做好钢结构建筑的防火设计，使钢结构建筑更好地服务于我们的经济建设。

1.现代的钢结构抗火设计标准

现代的基于计算的防火设计方法有很多优点，它贴切实际情况，从实际情况进行耐火设计，能够得到更加准确的钢结构耐火极限。《上海市钢结构防火技术规程》是我国第一部钢结构抗火设计标准，该标准解决了基于计算的钢结构抗火设计方法，具体的计算过程如下：

第一步，将防火被覆厚度确定下来。

第二步，确定构件在耐火极限的条件下的内部温度。

第三步，利用既有的高温条件下钢材的材料参数，求出构件结构由于外荷载和温度作用下所产生的内力。

第四步，进行荷载的组合：

第五步，进行构件耐火承载力的极限状态验算的时候要根据构件和受载类型去进行验证。验算按照下面的公式进行：S≤R。R都是在该温度情况下构件的极限承载力。

第六步，假如防火被覆厚度发现正确的时候要重新对防火被覆厚度进行调整，然后重复上述的步骤。

2.钢结构建筑防火设计

2.1浇筑混凝土或砌筑耐火砖

由于混凝土和耐火砖耐火性强，通过在钢结构构件周围浇筑混凝土或砌筑耐

火砖，能将钢构件与高温烟气和火焰隔离开来，从而在一定程度上能避免钢结构构件遭到火灾的损坏。这种方法在实际工程中用得比较多，比较适合于钢柱的保护，但对于梁等其它构件就不是很实用了，因为在梁上施工比较麻烦，而且会增加自重。这种保护方法 也不适用于初期升温很快的火灾，在高温作用下易发生崩裂现象。

2.2采用轻质耐火材料包覆

在钢结构构件表面包覆蛭石板、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。其中珍珠岩板和石膏板的最高使用温度为600℃，蛭石板的最高 使用温度为 850℃，它们虽然容重小，但很难达到钢结构耐火保护的目的。纤维增强普通硅酸钙板可达 650℃～950℃，它作为建筑防火材料在日本高层建筑中使用较多。 四川消防科学研究所研制新型钢结构防火板具有较好的耐火抗高温性能 ，其最高使用温度均可 达 1100℃。防火板包敷屏蔽保护钢结构构件具有成本低、适用性强、施工方便和施工质量易控制等优点，在建筑钢结构防火保护中有很好的应用前景。此外，纤维增强复合材料也是一种较好的耐火包敷材料，这类材料具有热容高、烧透时间长、隔热性能良好等优点，在国外应用比较普遍，但这种方法对节点处理的要求较高，在我国应用还不普遍。

2.3喷涂钢结构防火涂料

在钢结构表面涂装防火涂料，以增大其绝热性能和推迟结构失稳的时间，这是一种比较传统的钢结构防火方法。在受到高温或火焰作用时，钢材表面厚厚的防火涂料层能起到屏蔽作用，避免构件直接暴露在火中。尤其是膨胀型涂料暴露在高温下时，体积可膨胀体达到 50～200 倍，如此厚的保护层能有效阻止热量传导到钢材上。有的防火涂料吸热分解放出水蒸气或二氧化碳，也能在一定程度上降低火焰温度和燃烧速度具。但其主要作用在于涂料本身是多孔材料，受热膨 胀后能形成炭化泡膜绝热层，其热导率比钢材和混凝土的低很多，从而起到隔热保护作用。采用防火涂料保护钢结构的方法具有自重轻、施工方便等优点，但耐火极限受涂料质量、施工工艺与质量以及环境的温度和湿度等因素的影响很大。 目前，在室外钢结构上的防火涂料常发生脱落、 粉化、 起皮、气泡、龟裂等老化现象，大大降低其防火性能；室内钢结构上的防火涂料也在一定程度上出现了这些现象。另外，在施工过程中还存在涂料选型不当、以次充好、涂层厚度达不到要求等问题，这些都给钢结构耐火保护带来了隐患。所以采用防火涂料喷涂保护钢结构的方法一定要充分考虑以上因素。

2.4在钢结构构件内部充水保护

在火灾发生时，通过向钢结构构件内部充入循环水来吸走其热量，从而达到保护钢结构的目的。但这种方法会在火灾时增加结构自重，且需要足够的水源与供水系统，结构内部也需作耐水腐蚀处理，成本太高，因而国内外应用并不多。

3.合理安排室内排风排烟系统

一般室内火灾的自然发展过程大体分成三个主要阶段，即：初期增长阶段、充分发展阶段及衰减阶段。

火灾发展的初期增长阶段，随着放出热量迅速增多，在可燃物上方形成温度较高、不断上升的火羽流。当羽流受到房间顶棚的阻挡后，便在顶棚下方向四面扩散开来，形成了沿顶棚表面平行流动的较薄的热烟气层，达到了一定厚度时又会慢慢向室内中部扩展，不久就会在顶棚下方形成逐渐增厚的热烟气层。当火灾达到充分发展阶段，热烟气层的温度与中心温度相差无几。

如果室内有通向外部的开口(如门和窗)，则当烟气层的厚度低于开口的上沿高度时，烟气便可由此流到室外。开口便起着向外排烟的作用。在建筑火灾的发展过程中，烟气的排放相当重要，烟气排放速率的大小决定着烟气层高度的变化情况。当排放速率大于烟气的产生速率时，烟气层的高度会逐渐升高，最终保持在对人没有威胁的高度。在建筑防排烟工程中，常用的三种方式是：自然排烟、机械加压送风排烟和机械排烟。 自然排烟和机械排烟是控制烟气下降的常用方法，在实际应用中多采用前者。与机械排烟相比自然排烟有其自身的优点：一是无需大的动力设备，运行维修费用也少，且平时可兼作换气用；二是在顶棚开设排烟口，自然排烟效果好。

4.强化报警系统和灭火装置

4.1 报警系统

在传统的探测报警设备中，感温探测器只能探测 8 m 及以下高度的空间，感烟探测器为 12 m 及以下，火焰探测器及红外光束感烟探测器为 20 m 及以下。鉴于大空间建筑的构造特性，功能区等固定房间可采用普通感温( 烟) 探测器，而展览区等大空间在实际中多采用双波段火焰探测器、线型光束图像感烟探测器等配合自动水炮系统等先进技术。

4.2 灭火装置

自动报警灭火系统是一种重要的灭火、报警措施，是目前世界上采用最广泛的一种固定灭火报警设施。其特征是: 通过加压设备将水送入管网至带有电磁控制的喷头处，喷头在收到开启控制信号的同时自动开启洒水灭火，并发出报警，更好的预防火灾的蔓延。考虑到高层建筑以自防自救为主，室内消防用水量比室外的要大些，室内消火栓用水量为 40 L/s，是规范规定的建筑物消防用水的上限值。

自动报警灭火系统中的自动喷水灭火装置，根据被保护建筑物的性质和火灾发生、发展特性的不同，可以有许多不同的系统形式。通常根据系统中所使用的喷头形式不同，分为闭式自动喷水灭火、开式自动喷水灭火。具体采用哪种灭火系统应符合《建筑设计防火规范》的规定。

5.结语：

随着人们对钢结构建筑防火要求的不断提高， 如何进一步完善和 充实现有建筑防火规范、合理确定建筑的火灾安全度、改进钢结构的耐火设计方法、科学经济地保障建筑的火灾安全就成为每一个建筑防火科研人员和建筑设计人员必须正视和解决的课题。 钢结构设计人员应根据具体的建筑特点，充分考虑材料的耐火性能、耐久性、耐候性、耐腐蚀性以及高温稳定性等，科学合理地选择钢结构建筑防火设计方 法，最大限度地保护建筑内的人员生命与财产安全。参考文献：

[1]GB50016-2006建筑设计防火规范.

[2]王华进，王贤明，赵锐.钢结构防火涂料存在的问题及对策[J].中国涂料,2009.10

[3]倪建春，梁海.钢结构防火涂料的应用与施工要点[J].涂料技术与文摘,2008.9