1、建筑鋼結構耐火性能的改善張 軍（馬鞍山市公安局花山分局消防科，安徽 馬鞍山 243000）摘 要：鋼結構作為建筑結構的一種形式，在建筑業中得到廣泛應用。本文分析了建筑鋼結構耐火性能較差的原因，指出對建筑鋼結構必須進行一定的防火處理。最后介紹了幾種改善鋼結構耐火性能的改善方法。關鍵詞：鋼結構；耐火性能；防火設計中圖分類號： 文獻標識碼：Improvements of fire-resistant capability of steel structure in buildingZHANG Jun（ Fire Fighting Section ,Maanshan Public Safety Bur

2、eau Huashan Branch, Maanshan 243000,China）Abstract：As one kind of structure, steel structure is widely used in architecture and building industry. Reasons why steel structure is relatively poor are analyzed in this paper, disposal must be done to steel structure in building. In the end, several meth

3、ods that can improve fire-resistant capability of steel structure are introduced.Key words：steel structure；fire-resistant capability；fire resistant design 前言鋼結構具有強度高、自重輕、抗震性能好、施工進度快、結構占用面積少、工業化程度高等一系列優點，它與混凝土結構相比，環保且更有利于建筑產業化的發展。因而高層、超高層建筑和一些有特殊要求的工業與民用建筑采用鋼結構的較多。目前，我國是世界鋼產量第一的國家，有關部門正在研究進一步在房屋建筑中擴大

4、鋼結構的使用范圍。但從防火角度看，鋼結構雖然是不燃燒體，但很不耐火。由于混凝土材料價格低廉，可塑性好，耐火性能好，維護保養費低等優點，目前鋼筋混凝土結構仍然是住宅建筑中應用最廣的結構材料。因此提高鋼結構的耐火性能是推廣鋼結構建筑的關鍵。只有提高鋼結構的防火性能才能充分發揮鋼結構節能建筑的優勢。1鋼結構耐火性能分析1.1火災情況下鋼材主要性能的變化鋼結構最致命的弱點是鋼的耐火性能非常差，鋼的內部晶體組織對溫度非常敏感，溫度升高或者降低都會使鋼材性能發生變化，鋼結構通常在450650時就會失去承載能力，發生很大的形變，導致鋼柱、鋼梁彎曲，結果因變形過大而不能繼續使用。圖1、圖2、圖3為鋼材的機械性

5、能與溫度的關系曲線。從曲線可以看出，總的趨勢是隨著溫度的升高，鋼材的強度降低,變形增大。在200以內，鋼材性能沒有很大變化：430540之間強度急劇下降；600時強度很低不能承擔荷載，此外在250附近有蘭脆現象，約260320時有徐變現象。蘭脆現象指溫度在250左右的區間內，抗拉強度局部性提高，屈服強度有所回升，強度提高而塑性降低，材料有轉脆現象。徐變現象指在260320的區間內，在應力持續不變的情況下，鋼材以很緩慢的速度繼續變形的現象。結合200以內材料性能無大變化的性能看，結構表面所受輻射溫度應不超過200，目前鋼結構行業規定這個溫度以150為宜，超過這一溫度就應該采取防火隔熱保護。1.2

6、鋼材耐火極限鋼雖然為不燃燒材料，但卻是熱的良導體，一旦遇到高溫火焰其支撐力便會在一定時間內遭到破壞。根據鋼構件耐火實驗得到的鋼構件耐火極限為：式中：t 耐火極限，min；Ts鋼構件溫度，；F/V構件的截面系數，等于單位長度構件的受火面積與其體積的比值，m-1。實驗表明，常用鋼結構構件的耐火極限只有1530min。說明未覆蓋耐火保護層的鋼構件的耐火極限距離防火規范的要求距離很大，根本不能滿足火災情況下對建筑防火的要求，必須對普通鋼構件覆蓋耐火保護層。其應用的實際效果已經得到多起火災的檢驗。如某石化企業80萬噸/年重油催化裂化裝置冷換框架二層平臺上的一個臥式柴油中間罐（封油罐）因管線法蘭處的石棉墊

7、片存在裂紋，造成柴油從法蘭處泄露，滴落到平臺下方未保溫的高溫蒸汽管線，引起柴油自燃而起火，火災中由于柴油罐受熱后發生油品外溢，迅速在框架平臺的一層和二層形成較大范圍的流淌火災。由于該裝置按照防火技術規范，對裝置框架平臺的承重鋼結構覆蓋了厚型無機防火涂料，因此在火災延續40min內，未發生框架承重鋼構件的明顯的受熱變形，保持了良好的耐火性和承重性,而未進行耐火保護的平臺鋼板和非承重鋼支架，則發生了受熱扭曲變形。我國現行建筑設計防火規范用耐火極限作為建筑物構件燃燒性能的判定標準，從規范中可以看出未加保護的鋼梁、鋼柱、鋼制屋頂承重結構的耐火極限為0.25h，要克服鋼結構材料在實際應用中防火性能方面的

8、不足，必須對其進行必要的防火處理，以達到規范對相應的使用性質和建筑規模建筑的耐火等級要求。美國9.11恐怖事件表明，鋼結構不耐火，是世貿中心坍塌、人員大量傷亡的重要原因。美國防火規范對建筑物的抗火能力(耐火等級)的分級為3小時、2小時兩級，對承重墻和支承多層的柱、主梁等承重構件規定其耐火極限為4小時；日本的防火規范要求低些，其相應構件的耐火極限為23小時；我國的高層民用建筑設計防火規范規定高層民用建筑結構的耐火極限，大致與美、日相似，但略低于美國的規定，如一級耐火等級建筑的防火墻、柱和承重墻、樓梯間墻及梁的耐火極限為3小時和2小時，沒有4小時的規定。如何提高鋼結構的耐火極限是我們面臨的課題。2

9、提高鋼結構耐火性能的途徑鋼結構耐火極限低，防火保護層易被破壞，決定了鋼結構建筑必須重視防火問題，鑒于此，應采取相應有效的消防安全措施。鋼結構建筑防火保護方法要提高鋼結構防火性能，就要阻隔火災熱量向鋼材的傳遞，以延緩鋼材溫升的速度，推遲鋼構件達到破壞時的臨界溫度的時間。2.1積極應用建筑耐火鋼改革鋼結構的材料組份，使其具有特定的成分、表面結構和微觀組織，增強其耐火抗高溫的性能，是提高鋼結構建筑消防安全系數的治本措施之一。2.2實施鋼結構防火保護對鋼結構可采取混凝土包覆保護、外砌粘土磚保護、防火包覆保護和防火涂料噴涂保護等措施，以提高鋼結構的耐火極限。對于空心鋼柱也可采取在柱內灌注防凍防腐液、循環

10、冷卻液體或填充水泥的辦法進行保護。在實施鋼結構防火保護措施的施工中，必須保護到位，不留盲區，保證質量。外包層法即采用防火材料將鋼構件包裹起來，是提高鋼構件耐火性能最常用的方法：(1)在鋼構件四周澆抹混凝土或砌筑耐火磚。采用混凝土或耐火磚將鋼構件(梁、柱)完全封閉起來。 (2)采用輕質防火板材作為防火外包層。采用纖維增強水泥板(如TK板、FC板)、石膏板、硅酸鈣板、蛭石板等非燃材料的防火板將鋼構件包裹起來。(3)噴涂鋼結構防火涂料。將鋼結構防火涂料施涂于鋼結構表面，形成耐火隔熱保護層。鋼結構防火涂料根據高溫下涂層變化情況分膨脹型和非膨脹型兩大系列。膨脹型防火涂料，又稱超薄型防火涂料，厚度一般為1

11、mm3mm，其基料為有機樹脂，阻燃體系為聚磷酸銨、季戊四醇、三聚氰胺。遇火會自發膨脹，形成比原涂層厚度大十幾倍到數十倍的多孔碳質層，用于鋼結構防火,耐火極限可達0.5h1.5h；非膨脹型防火涂料，又稱厚涂型防火涂料，厚度一般在7mm50mm，其主要成份為無機絕熱材料，遇火不膨脹，自身具有良好的隔熱性，與厚度對應的耐火極限可達0.5h3h。(4)噴射無機纖維防火護層材料，無機纖維材料具有低密度、高熱容、低導熱的突出特點，并有很好的附著力，在高溫火場中，厚度沒有明顯的變化，護層不熔化、不脫落，能夠使被保護構件達到5小時以上的耐火極限，尤其適用于耐火極限要求比較高的高層鋼機構的防火保護。近幾年我國鋼

12、結構建筑發展迅速，其防火保護方法絕大多數采用噴涂防火涂料的方法。此外，國際上少數鋼結構建筑采用水冷卻進行鋼結構防火保護。這種鋼結構的保護方法在我國尚未采用過。目前，國內外通常是采取對鋼結構表面噴或涂刷防火材料或包裹耐火材料等辦法保護鋼結構不被火焰直接燒烤而提高其抗火能力。國內外鋼結構建筑火災正反兩方面的經驗表明，鋼結構防火噴涂的質量、時效、涂層粘結力、使用中是否有松動、開裂或是否受到大的沖擊、震動等等會直接影響到鋼構件的防火安全，應該引起有關部門的重視。為此,有關部門應加強研究，進一步采取可靠的安全措施，保障鋼結構建(構)筑物的消防安全。從目前的情況看，特別要研究耐火性能好、時效長、粘結力高的

13、新的鋼結構防火材料；研制耐高溫價廉物美的金屬、非金屬鋼結構復合防火材料及輕質、高強、耐火的混凝土等新材料，進一步提高鋼結構的耐火能力，應是我國建筑界、工程界和消防界的新課題。2.3火災模型的建立在鋼結構抗火設計乃至建筑防火設計中，造成結構浪費或結構不安全的主要問題就在于對規范的生硬套用上，沒有對具體建筑進行具體分析。不同的建筑因其使用功能不同，誘發火災的因素、火災荷載、蔓延途徑、升溫過程和火災延續時間是不同的。應針對建筑特點和使用功能，認真分析火災的隨機性，建立符合具體的火災模型。確定易發生火災的部位；計算火災荷載；判定火災蔓延途徑；判定高溫煙氣擴散方向；計算分析溫升曲線(考慮自動滅火系統的響應時間和冷卻作用)；分析