論鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計

周錚

摘要：主要介紹了鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火設(shè)計方法，被動耐火保護措施，以及主動滅火措施的主動保護措施。

關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)；防火涂料；自動噴水滅火系統(tǒng)

前言

近年來，我國的高層、超高層建筑和大空間、大跨度的建筑越來越多，在這些建筑中也大多采用具有強度高、抗震性能好、結(jié)構(gòu)自重小、建筑施工周期短的鋼結(jié)構(gòu)。由于這些場所的人員、可燃物種類與數(shù)量等也日益集中，這使得對鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火設(shè)計顯得尤為重要。下面將簡要探討幾種防火設(shè)計方法的優(yōu)缺點和適用情況。

一、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的被動耐火保護

不依靠抑制火災(zāi)的增長或降低火災(zāi)的燒熱釋放率來保護鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件不受火災(zāi)嚴重影響的方法，即是鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的被動耐火保護。它主要是通過采取一定的措施，來吸收構(gòu)件所接受的熱量，或?qū)⒔Y(jié)構(gòu)構(gòu)件與高溫?zé)煔夂突鹧娓綦x，使構(gòu)件在火災(zāi)作用下仍能發(fā)揮各項功能。具體可在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面包封或覆蓋燃的熱惰性材料，或在火災(zāi)時充入循環(huán)水冷卻保護。

1.澆筑混凝土或砌筑耐火磚

由于混凝土和耐火磚耐火性強，通過在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件周圍澆筑混凝土或砌筑耐火磚，能將鋼構(gòu)件與高溫?zé)煔夂突鹧娓綦x開來，從而在一定程度上能避免鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件遭到火災(zāi)的損壞。這種方法在實際工程中用得比較多，比較適合于鋼柱的保護，但對于梁等其它構(gòu)件就不是很實用了，因為在梁上施工比較麻煩，而且會增加自重。這種保護方法也不適用于初期升溫很快的火災(zāi)，在高溫作用下易發(fā)生崩裂現(xiàn)象。

2.采用輕質(zhì)耐火材料包覆

在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面包覆蛭石板、珍珠巖板、石膏板、石棉水泥板、硅酸鈣板等輕質(zhì)耐火材料，也能很好的保護鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件免受火災(zāi)的損壞。其中珍珠巖板和石膏板的最高使用溫度為600℃，蛭石板的最高使用溫度為850℃，它們雖然容重小，但很難達到鋼結(jié)構(gòu)耐火保護的目的。纖維增強普通硅酸鈣板可達650℃～950℃，它作為建筑防火材料在日本高層建筑中使用較多。防火板包敷屏蔽保護鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有成本低、適用性強、施工方便和施工質(zhì)量易控制等優(yōu)點，在建筑鋼結(jié)構(gòu)防火保護中有很好的應(yīng)用前景。此外，纖維增強復(fù)合材料也是一種較好的耐火包敷材料，這類材料具有熱容高、燒透時間長、隔熱性能良好等優(yōu)點。

3.噴涂鋼結(jié)構(gòu)防火涂料

在鋼結(jié)構(gòu)表面涂裝防火涂料，以增大其絕熱性能和推遲結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的時間，這是一種比較傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)防火方法。在受到高溫或火焰作用時，鋼材表面厚厚的防火涂料層能起到屏蔽作用，避免構(gòu)件直接暴露在火中。尤其是膨脹型涂料暴露在高溫下時，體積可膨脹體達到50～200倍，如此厚的保護層能有效阻止熱量傳導(dǎo)到鋼材上。有的防火涂料吸熱分解放出水蒸氣或二氧化碳，也能在一定程度上降低火焰溫度和燃燒速度具。但其主要作用在于涂料本身是多孔材料，受熱膨脹后能形成炭化泡膜絕熱層，其熱導(dǎo)率比鋼材和混凝土的低很多，從而起到隔熱保護作用。

采用防火涂料保護鋼結(jié)構(gòu)的方法具有自重輕、施工方便等優(yōu)點，但耐火極限受涂料質(zhì)量、施工工藝與質(zhì)量以及環(huán)境的溫度和濕度等因素的影響很大。另外，在施工過程中還存在涂料選型不當(dāng)、以次充好、涂層厚度達不到要求等問題，這些都給鋼結(jié)構(gòu)耐火保護帶來了隱患。所以采用防火涂料噴涂保護鋼結(jié)構(gòu)的方法一定要充分考慮以上因素。

4.在鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部充水保護法

在火災(zāi)發(fā)生時，通過向鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部充入循環(huán)水來吸走其熱量，從而達到保護鋼結(jié)構(gòu)的目的。但這種方法會在火災(zāi)時增加結(jié)構(gòu)自重，且需要足夠的水源與供水系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部也需作耐水腐蝕處理，成本太高，因而國內(nèi)外應(yīng)用并不多。

二、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的主動防火保護

對建筑鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用排煙、自動滅火系統(tǒng)等主動消防措施，來排除室內(nèi)熱量、抑制火災(zāi)增長和滅火，從根本上消除火災(zāi)對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞，與被動耐火保護相比，主動防火保護是一種更積極的保護方式。大量實踐證明，只要在火災(zāi)過程中根據(jù)室內(nèi)火災(zāi)的發(fā)展規(guī)律，及時采取措施來排除室內(nèi)的熱量，降低其燃燒熱釋放率，就能有效防止火災(zāi)對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件和這個建筑的破壞。例如在建筑物內(nèi)設(shè)置自動滅火設(shè)施，能有效地撲滅初起火災(zāi)，避免火災(zāi)的蔓延擴大，使建筑結(jié)構(gòu)得到保護，同時也為人員疏散提供了時間。

自動噴水滅火系統(tǒng)是目前最有效的自救滅火設(shè)施之一，適用于撲救大部分建筑物內(nèi)的初起火。自動噴水滅火系統(tǒng)的自動噴水的溫度可據(jù)設(shè)置場所的環(huán)境條件而定，其范圍從57℃到343℃不等，在一般的工業(yè)與民用建筑中常采用68℃。美國國家標準技術(shù)研究院曾做過試驗研究，證實自動噴水滅火系統(tǒng)噴灑數(shù)分鐘后，火災(zāi)的燃燒熱釋放速率下降50%，空間內(nèi)煙氣的溫度降低到100℃，這就不會發(fā)生轟燃現(xiàn)象。這樣即使沒有撲滅火災(zāi)，也會使其以較穩(wěn)定的熱釋放速度率進行燃燒，鋼結(jié)構(gòu)也不會被破壞了。自動滅火設(shè)施應(yīng)根據(jù)場所內(nèi)的可燃物性質(zhì)和建筑的性質(zhì)與功能來進行選擇，對于工業(yè)生產(chǎn)和倉庫中的可燃氣體和可燃液體火就不宜采用自動噴水滅火系統(tǒng)，可用泡沫、干粉等滅火設(shè)施進行防護。在建筑物內(nèi)設(shè)置好滅火設(shè)施后，還應(yīng)注意日常維護管理，確保這些設(shè)施在發(fā)生火災(zāi)時能完好的工作。

三、結(jié)束語

隨著人們對鋼結(jié)構(gòu)建筑防火要求的不斷提高，如何進一步完善和充實現(xiàn)有建筑防火規(guī)范、合理確定建筑的火災(zāi)安全度、改進鋼結(jié)構(gòu)的耐火設(shè)計方法、科學(xué)經(jīng)濟地保障建筑的火災(zāi)安全就成為每一個建筑防火科研人員和建筑設(shè)計人員必須正視和解決的課題。

參考文獻：

[1]施樑.鋼結(jié)構(gòu)建筑的消防安全性能化設(shè)計--系統(tǒng)方法探討[J].自然災(zāi)害學(xué)報