摘 要：目前，高層鋼結(jié)構(gòu)建筑日趨增多，包括高層建筑，采用鋼結(jié)構(gòu)材料更為廣泛。這些建筑一旦發(fā)生火災事故，火不是在短時間內(nèi)就能撲滅的，這就要求建筑師在設計時，加大對建筑材料的防火保護，以增強其耐火極限，并在建筑內(nèi)部制訂必要的應急方案，以減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。本文就鋼結(jié)構(gòu)火災特點和防火設計談一點自己的見解，供大家參考。

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　　一、鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點

　　鋼結(jié)構(gòu)之所以運用越來越廣泛，這正是由于其自身巨大優(yōu)點所決定的。鋼結(jié)構(gòu)具有許多優(yōu)點：首先，重量輕、強度高。其次，抗震性能好，其延性比鋼筋混凝土好。從國內(nèi)外震后調(diào)查結(jié)果看，鋼結(jié)構(gòu)建筑倒塌數(shù)量最少的。再次，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件在工廠制作，減少現(xiàn)場工作量，縮短施工工期，符合產(chǎn)業(yè)化要求。第四，鋼結(jié)構(gòu)工廠制作質(zhì)量可靠，尺寸精確，安裝方便，易與相關(guān)部品配合。還有就是鋼材可以回收，建造和拆除時對環(huán)境污染較少。總之，鋼結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)相比較，具有自重輕、強度高、抗震性能好，施工快等優(yōu)點。適合于活荷載占總荷載比例較小結(jié)構(gòu)，更適合于大跨度空間結(jié)構(gòu)、高聳構(gòu)筑物并適合在軟土地基上建造。也符合環(huán)保與資源再利用的國策，其綜合經(jīng)濟效益越來越為各方投資者所認同。

　　二、鋼結(jié)構(gòu)建筑的火災危險性

　　1.耐火性能差

　　鋼材本身不燃燒，卻不耐高溫，其機械性能如屈服點、彈性模量、抗壓強度、荷載能力等均會隨溫度的升高而急劇下降，當鋼構(gòu)件溫度達到350、500、600攝氏度時，強度分別下降1/3、1/2、2/3。而明火焰的溫度通常在700～2000℃之間，遠遠超過鋼材的承受能力。而且鋼構(gòu)件由單一材料組成，導熱系數(shù)大，在高溫作用下，熱量會迅速傳導至內(nèi)部，溫升快，在標準時間―升溫曲線的試驗條件下，裸露鋼構(gòu)的耐火時間僅15分鐘，不如普通木柱的耐火時間。

　　2.跨度大、空間大.火災蔓延迅速

　　跨度大、空間大是鋼結(jié)構(gòu)建筑的顯著特點，而且大部分鋼結(jié)構(gòu)建筑無明顯有效的防火分隔，門窗多，內(nèi)部空氣流通好，可燃物料多，一旦發(fā)生火災，熱輻射強，煙霧濃，燃燒猛烈，在強大熱氣流的作用下，火勢迅速向垂直、水平方向蔓延，形成大面積火災。

　　3.整體連接性強。易變形倒塌

　　鋼結(jié)構(gòu)作為承重構(gòu)件，在火災狀態(tài)下，遇高溫受熱膨脹，強度降低，再遇冷水急劇收縮，脆性增強，極易失去支撐作用。由于鋼結(jié)構(gòu)整體連接性強，只要局部遭到破壞，就能形成建筑物的整體坍塌和毀滅。

　　三、鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火設計

　　1.合理確定建筑物的耐火等級

　　各種建筑物由于其使用功能和重要性的不同，火災危險性也存在差異。設計時要根據(jù)業(yè)主提供的建筑要求，根據(jù)《建筑設計防火規(guī)范》和《高層民用建筑設計防火規(guī)范》(以下簡稱《高規(guī)》)，確定建筑物的火災危險性，再根據(jù)火災危險性，確定建筑物的耐火等級。比如一個60m高的綜合樓，根據(jù)《高規(guī)》其屬于一類高層建筑，它的耐火等級應為一級，其梁、柱、屋頂承重構(gòu)件的耐火極限應分別不低于2，3，1.5h。如果在設計時沒有正確核定耐火等級，確定的耐火等級過高或過低，都會造成設計失誤，過高造成浪費，過低則埋下安全隱患。

　　2.耐火保護

　　要使鋼結(jié)構(gòu)材料在實際運用中克服防火方面的不足，必須進行防火處理。其目的就是將鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限提高到設計規(guī)范規(guī)定的極限范圍，防止鋼結(jié)構(gòu)在火災中迅速升溫發(fā)生形變塌落。

　　(1)噴涂法

　　噴涂法是用噴涂機具將防火涂料直接噴在構(gòu)件表面，形成保護層。鋼結(jié)構(gòu)防火涂料按所使用的膠黏劑的不同可分為有機防火涂料和無機防火涂料兩類;按涂層厚度分為薄涂型和厚涂型兩類。薄涂型鋼結(jié)構(gòu)涂料涂層厚度一般為2～7mm，高溫時涂層膨脹增厚，具有耐火隔熱作用，耐火極限可達0.5～1.5h，這種涂料又稱綱結(jié)構(gòu)膨脹防火涂料;厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料厚度一般為8～20mm，粒狀表面，密度較小，導熱系數(shù)低，耐火極限可達0.5～3.0h，這種涂料又稱鋼結(jié)構(gòu)防火隔熱涂料。

　　鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的防火原理有：一是涂層對鋼基材起屏蔽作用，使鋼結(jié)構(gòu)不至于直接暴露在火焰高溫中;二是涂層吸熱后部分物質(zhì)分解放出的水蒸汽或其他不燃氣體，起到消耗熱量、降低火焰溫度和燃燒速度、稀釋氧氣的作用;三是涂層本身多孔輕質(zhì)和受熱后形成碳化泡沫層，阻止了熱量迅速向鋼基材傳遞，推遲了鋼基材強度的降低，從而提高了鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限。

　　在噴涂鋼結(jié)構(gòu)防火涂料時，噴涂的厚度必須達到設計值，節(jié)點部位宜適當加厚。必要時，涂層內(nèi)應設置與鋼結(jié)構(gòu)相連的鋼絲網(wǎng)，以確保涂層黏附牢固。噴涂法適用范圍最為廣泛，可用于任何一種鋼構(gòu)件的耐火保護。

　　(2)包封法

　　包封法就是在鋼結(jié)構(gòu)表面做耐火保護層，將構(gòu)件包封起來，其具體做法如下。

　　1)用現(xiàn)澆混凝土作耐火保護層。所使用的材料有混凝土、輕質(zhì)混凝土及加氣混凝土等。這些材料既有不燃性，又有較大的熱容量，用作耐火保護層能使構(gòu)件的升溫速度減緩。由于混凝土的表層在火災高溫下易于剝落，可在鋼材表面加敷鋼絲網(wǎng)，進一步提高其耐火性能。

　　2)用砂漿或灰膠泥作耐火保護層。所使用的材料一般有砂漿、輕質(zhì)巖漿、珍珠巖砂漿或灰膠泥、蛭石砂漿或石灰膠泥等。上述材料均有良好的耐火性能，其施工方法常是金屬網(wǎng)上涂抹上述材料。

　　3)用礦物纖維。其材料有石棉、巖棉及礦渣棉等。具體施工方法是將礦物纖維與水泥混合，再用特殊噴槍與水霧同時直接噴在鋼構(gòu)件上，也可以向鋼構(gòu)件上的金屬網(wǎng)噴涂(后者效果較好)，構(gòu)成海綿狀的覆蓋層，然后抹平或任其呈凹凸狀。

　　4)用輕質(zhì)預制板作耐火保護層。所用材料有輕質(zhì)混凝土板、泡沫混凝土板、硅酸鈣成型板及石棉成型板等等。其做法是以上述預制板包覆構(gòu)件，板問連接可采用釘合及黏合。這種構(gòu)造方式施丁簡便而工期較短，并有利工業(yè)化。同時，承重(鋼結(jié)構(gòu))與防火(預制板)的功能劃分明確，火災后修復簡便且不影響主體結(jié)構(gòu)的功能，因而具有良好的復原性。

　　(3)屏障保護法

　　屏障保護法是把鋼結(jié)構(gòu)包藏在耐火材料組成的墻體或吊頂內(nèi)，在鋼梁、鋼屋架下做耐火吊頂。火災時可以使鋼梁、鋼屋架的升溫大為延緩，大大提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火能力，而且這種方法還能增加室內(nèi)的美。但要注意吊頂?shù)慕涌p、孔洞處是否嚴密，防止竄火。

　　(4)水噴淋法

　　水噴淋法是在結(jié)構(gòu)頂部設噴淋供水管網(wǎng)，火災時，自動啟動(或手動)開始噴水，在構(gòu)件表面形成一層連續(xù)流動的水膜，從而起到保護作用。

　　(5)充水冷卻保護法

　　與前四種方法不同的是充水冷卻保護法允許熱量傳到構(gòu)件上，然后設法把熱量導走或消耗掉，同樣可使構(gòu)件溫度不至升高到臨界溫度，從而起到保護作用。該方法是在空心封閉截面中(主要是柱)充滿水，火災時構(gòu)件把從火場中吸收的熱量傳給水，依靠水的蒸發(fā)消耗熱量或通過循環(huán)把熱量導走，構(gòu)件溫度便可保持在100℃左右。從理論上講，這是鋼結(jié)構(gòu)保護最有效的方法。只要補充水源，維持足夠水位，而水的比熱和氣化熱又較大，構(gòu)件吸收的熱量將源源不斷地被耗掉或?qū)ё摺?/p>

　　四、結(jié)束語

　　科學技術(shù)的進步，審美觀的改變必然使得鋼結(jié)構(gòu)建筑不斷地去擴展自身的表達語匯而尋求發(fā)展。隨著我國鋼產(chǎn)量的增加，鋼結(jié)構(gòu)在建筑中的應用必然會越來越廣泛，也必然會產(chǎn)生越來越深遠的影響。我們所提倡的是要拋開風格要素，從理性主義出發(fā)，創(chuàng)造出技術(shù)和藝術(shù)有機融合的鋼結(jié)構(gòu)精品建筑。

　　參考文獻：

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　　[2]公安部四川消防科學研究所編輯.鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應用技術(shù)規(guī)范CEC524：90[M].北京：中國計劃出版社，1990.

　　[3] 《鋼結(jié)構(gòu)設計手冊》編輯委員會.鋼結(jié)構(gòu)設計手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004：624.