淺談鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)

皮軍儼

新中遠(yuǎn)工程設(shè)計(jì)有限公司（050000）

淺談鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)

皮軍儼

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這里就鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)特點(diǎn)和防火設(shè)計(jì)談一點(diǎn)自己的見(jiàn)解，供大家參考。

鋼結(jié)構(gòu)；防火設(shè)計(jì)；建筑防火

鋼材是一種不會(huì)燃燒的建筑材料，具有抗震、抗彎等特性。在實(shí)際應(yīng)用中，鋼材既可以相對(duì)增加建筑物的荷載能力，也可以滿(mǎn)足建筑設(shè)計(jì)美感造型的需要，還避免了混凝土等建筑材料不能彎曲、拉伸的缺陷，因此鋼材受到了建筑行業(yè)的青睞，單層、多層、摩天大樓、廠(chǎng)房、庫(kù)房、候車(chē)室、候機(jī)廳等采用鋼材都很普遍。但是，鋼材作為建筑材料在防火方面又存在一些難以避免的缺陷，它的機(jī)械性能，如屈服點(diǎn)、抗拉及彈性模量等均會(huì)因溫度的升高而急劇下降。鋼結(jié)構(gòu)通常在450～650℃就會(huì)失去承載能力，發(fā)生很大的形變，導(dǎo)致鋼柱、鋼梁彎曲，結(jié)果因過(guò)大的形變而不能繼續(xù)使用，一般不加保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限為15 min左右。典型的例子就是2002年9月11日，美國(guó)紐約的世界貿(mào)易大廈在恐怖襲擊中倒塌，導(dǎo)致300多名消防隊(duì)員無(wú)辜喪生。飛機(jī)滿(mǎn)載燃油撞擊大樓后，造成大樓承重的鋼結(jié)構(gòu)筒體的保護(hù)層被破壞，在強(qiáng)烈的高溫作用下，鋼結(jié)構(gòu)筒體承載強(qiáng)度迅速下降，短短20 min發(fā)生倒塌。

鑒于建筑火災(zāi)的頻繁性和它對(duì)鋼結(jié)構(gòu)造成危害的嚴(yán)重性，國(guó)際上很早就開(kāi)始重視鋼結(jié)構(gòu)的抗火安全，通過(guò)對(duì)鋼構(gòu)件涂覆防火涂料、包覆防火板等防火措施來(lái)提高鋼結(jié)構(gòu)的抗火能力，保證其具備一定的耐火時(shí)間，以滿(mǎn)足建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范規(guī)定的耐火極限要求。鋼結(jié)構(gòu)的防火應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GBJ 16和《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50045的要求，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的防火保護(hù)層應(yīng)根據(jù)建筑物的防火等級(jí)對(duì)各不同的構(gòu)件所要求的耐火極限進(jìn)行設(shè)計(jì)。防火涂料的性能、涂層厚度及質(zhì)量要求應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料》GB 14907和國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》CECS 24的規(guī)定。

做好鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火設(shè)計(jì)，應(yīng)注意以下幾個(gè)方面:

1）根據(jù)建筑物的火災(zāi)危險(xiǎn)性和重要性，合理確定建筑的耐火等級(jí)。各種建筑由于其使用功能和重要性的不同，火災(zāi)危險(xiǎn)性存在差異，我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)業(yè)主提供的建筑要求，根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》和《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》，確定建筑物的火災(zāi)危險(xiǎn)性，再根據(jù)火災(zāi)危險(xiǎn)性，確定建筑的耐火等級(jí)。比如一個(gè)80 m高的綜合樓，根據(jù)《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》其屬于一類(lèi)高層建筑，它的耐火等級(jí)應(yīng)為一級(jí)，其梁、柱、屋頂承重構(gòu)件的耐火極限應(yīng)分別不低于2 h、3 h、1.5 h。如果我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有正確核定耐火等級(jí)，確定的耐火等級(jí)過(guò)高或過(guò)低，都會(huì)造成我們?cè)O(shè)計(jì)失誤，造成浪費(fèi)或不安全。

2）無(wú)防火保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)的耐火時(shí)間很短，通常僅為10～20 min，耐火性能很差。為了提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限，必須采取適當(dāng)?shù)姆阑鸨Ｗo(hù)措施。對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防火保護(hù)的方法主要有:

①外包層。就是在鋼結(jié)構(gòu)外表添加外包層，可以現(xiàn)澆成型，也可以采用噴涂法。現(xiàn)澆成型的實(shí)體混凝土外包層通常用鋼絲網(wǎng)或鋼筋來(lái)加強(qiáng)，以限制收縮裂縫，并保證外殼的強(qiáng)度。噴涂法可以在施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)表面涂抹砂泵以形成保護(hù)層，砂泵可以是石灰水泥或是石膏砂漿，也可以摻入珍珠巖或石棉。外包層也可以用珍珠巖、石棉、石膏或石棉水泥、輕混凝土做成預(yù)制板，采用膠黏劑、釘子、螺栓固定在鋼結(jié)構(gòu)上。

②屏蔽法。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)置在耐火材料組成的墻體或頂棚內(nèi),或?qū)?gòu)件包藏在兩片墻之間的空隙里，只要增加少許耐火材料或不增加即能達(dá)到防火的目的。這是一種最為經(jīng)濟(jì)的防火方法。在鋼結(jié)構(gòu)的迎火面設(shè)置阻火屏障，將構(gòu)件與火焰隔開(kāi)，阻止火災(zāi)煙氣直接作用于鋼構(gòu)件。例如，鋼梁下面吊裝防火平頂，鋼柱內(nèi)側(cè)設(shè)置有一定寬度的防火板等。

③涂抹防火涂料。將防火涂料涂覆于鋼構(gòu)件表面，這種方法施工簡(jiǎn)便、重量輕、耐火時(shí)間長(zhǎng)，而且不受鋼構(gòu)件幾何形狀限制，具有較好的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，是目前應(yīng)用最多的鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)手段。鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的品種較多，通常根據(jù)高溫下涂層變化情況分膨脹型和非膨脹型兩大系列,按涂層厚薄、成分、施工方法及性能特征不同可進(jìn)一步分成不同類(lèi)別。

④水淋冷卻法。水淋冷卻法是在鋼結(jié)構(gòu)上部布置自動(dòng)噴淋系統(tǒng)，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，啟動(dòng)噴淋在鋼結(jié)構(gòu)表面形成一層連續(xù)的水膜，達(dá)到保護(hù)作用。

⑤澆筑混凝土或砌筑耐火磚。采用混凝土或耐火磚完全封閉鋼構(gòu)件。這種方法優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高、耐沖擊，但缺點(diǎn)是要占用的空間較大。例如，用C20混凝土保護(hù)鋼柱,其厚度為5～10 cm才能達(dá)到1.5～3 h的耐火極限。另外，施工也較麻煩，特別在鋼梁、水平支撐、柱間支撐上，施工非常困難。

⑥包覆耐火輕質(zhì)板材。采用纖維增強(qiáng)水泥板、石膏板、硅酸鈣板、蛭石板等耐火輕質(zhì)防火板將鋼構(gòu)件包覆起來(lái)。防火硅酸鈣板和蛭石板重量輕、防火性能好。這類(lèi)防火板由工廠(chǎng)加工，表面平整，裝飾性好，施工為干作業(yè)，用于鋼柱防火具有占用空間少、綜合造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)。

3）鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮人員疏散問(wèn)題。由于鋼結(jié)構(gòu)建筑自身存在的弱點(diǎn)，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮人員疏散的因素，將人員密度指標(biāo)和鋼結(jié)構(gòu)建筑的特點(diǎn)綜合起來(lái)考慮，嚴(yán)格對(duì)安全疏散路線(xiàn)、疏散距離、疏散寬度進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證人員疏散時(shí)間小于建筑構(gòu)件的耐火極限，確?；馂?zāi)時(shí)人員能安全逃生，避免群死群傷火災(zāi)事故的發(fā)生。