鋼結(jié)構(gòu)主要防火保護(hù)措施綜述

潘 希 成

(中建八局第四建設(shè)有限公司青島分公司，山東 青島 266000)

1 概述

隨著鋼結(jié)構(gòu)建筑的廣泛應(yīng)用，其抗火問題也越來越顯著。本文針對當(dāng)前國內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)采用的防火保護(hù)措施進(jìn)行匯總，并依據(jù)是否允許熱量傳遞到構(gòu)件上將措施分為截流法和疏導(dǎo)法，并對這兩種方法的基本原理和具體措施進(jìn)行詳細(xì)闡述，對這兩種方法主要優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍等進(jìn)行對比分析，同時也對應(yīng)用最為廣泛的包封法和噴涂法進(jìn)行對比分析。最后得出結(jié)論在具體選擇防火措施時，應(yīng)綜合考慮建筑物的結(jié)構(gòu)形式、施工質(zhì)量、成本與綜合效益，根據(jù)工程實(shí)際來進(jìn)行選擇。同時應(yīng)設(shè)置多道防火措施，來保護(hù)建筑。

2 截流法

截流法的原理是截斷或阻滯燃燒產(chǎn)生的熱量向構(gòu)件傳輸，從而使構(gòu)件在規(guī)定時間內(nèi)的溫升不超過其臨界溫度。通過設(shè)置一層導(dǎo)熱系數(shù)較小、熱容較大的保護(hù)材料，使火災(zāi)產(chǎn)生的高溫首先傳給這些保護(hù)材料，減緩熱流向構(gòu)件的傳輸速度，從而起到保護(hù)構(gòu)件的作用。截流法根據(jù)材料的不同又分為屏蔽法、包封法、涂抹法和水噴淋法。

2.1 屏蔽法

屏蔽法是指將鋼結(jié)構(gòu)設(shè)置在耐火材料組成的墻體或者封閉空間內(nèi)或?qū)?gòu)件包藏在兩片墻體間隙中。這可以將構(gòu)件與火焰直接隔離開來，阻止火災(zāi)火焰煙氣直接作用于鋼構(gòu)件。此法可以在火災(zāi)時大幅降低鋼構(gòu)件的升溫速率，并且可作為室內(nèi)裝飾，增加美觀性。例如可以在鋼梁下面吊防火平頂或鋼珠內(nèi)側(cè)設(shè)置有一定寬度的防火板等。其余方法與之不同的是：在包封法中，防火板材直接與構(gòu)件相連，而屏蔽法中構(gòu)件不與防火材料接觸。屏蔽法應(yīng)注意接縫的施工嚴(yán)密，避免火焰侵入，見圖1。

2.2 包封法

包封法是在鋼構(gòu)件外表添加外包層——防火板材、防火卷材、耐火磚、混凝土或者其他具有防火隔熱功能的材料。該方法具有重量輕、施工便捷、裝飾效果較好、干作業(yè)與耐火、耐久性能優(yōu)越等特點(diǎn)，并且可以工廠預(yù)制。

1)澆筑混凝土、砌筑耐火磚。該方法優(yōu)點(diǎn)為強(qiáng)度高、耐久性與耐沖擊性能好。缺點(diǎn)為抗火能力與包封材料的厚度直接相關(guān)，若要得到較好的耐火效果，則構(gòu)件尺寸將會較大的增大，不僅占用建筑空間，而且增大了自重。此外這種方法的施工相對困難，例如在桁架桿件或者支撐上，幾乎不采用此種方法，見圖2。

2)包覆防火板。根據(jù)厚度不同又分為防火厚板與防火薄板。薄板密度較大、導(dǎo)熱系數(shù)大，常用有水泥壓力板、普通硅酸鈣板材等；厚板密度小，導(dǎo)熱系數(shù)較小，但具有重量輕、防火性能好、飾面效果好、施工趕作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，常用于鋼柱的防火措施中，常用的板材有輕質(zhì)硅酸鈣板，見圖3。

3)包覆柔性氈狀隔熱材料。包覆柔性氈狀隔熱材料屬于柔性方法，具有適應(yīng)性強(qiáng)，隔熱性能好，施工便捷、造價低等優(yōu)點(diǎn)，同時可以起到隔水保護(hù)作用，常用于室內(nèi)不能受機(jī)械傷害的部位和免受水濕的部位。

2.3 噴涂法

噴涂法是將防火涂料噴涂在構(gòu)件表面形成保護(hù)層或者將顆粒狀無機(jī)纖維通過噴射法噴打在構(gòu)件表面形成一定形狀的纖維層材料。該方法具有施工方便簡單，重量輕等特點(diǎn)，可以用于梁柱墻等各種構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)，不受形狀限制，但會對環(huán)境造成一定的污染，并且對涂敷的基底與環(huán)境條件要求苛刻，對施工人員的技術(shù)要求較高。其具體的原理為：鋼結(jié)構(gòu)防火涂層對鋼材基材起到了屏蔽作用，使得鋼構(gòu)件不直接暴露于高溫火焰中；涂層吸熱后部分物質(zhì)分解形成水蒸氣散熱，起到了降溫作用，見圖4。通常根據(jù)高溫下涂層變化情況分膨脹型(又稱薄型)和非膨脹型(又稱厚型)兩大系列。

2.4 水噴淋法

該方法通過在構(gòu)件頂部設(shè)置噴淋供水管網(wǎng)，火災(zāi)時開啟噴淋系統(tǒng)，在構(gòu)件表面形成一層連續(xù)流動的水膜，保護(hù)構(gòu)件的同時，也通過讓水蒸發(fā)吸熱帶走熱量。但該方法需要對所有構(gòu)件都設(shè)置噴淋系統(tǒng)，現(xiàn)有建筑中的噴淋系統(tǒng)還不能滿足這樣的要求。

3 疏導(dǎo)法之水冷卻法

與截流法不同，該方法允許熱量傳遞到構(gòu)件上，然后再通過各種措施將熱量耗散，從而保證構(gòu)件溫度不會升高至臨界溫度，起到保護(hù)的作用。

疏導(dǎo)法最常用的方法是水冷卻法，該方法主要應(yīng)用在鋼柱中，通過在空心封閉截面中注水，火災(zāi)時水吸收火傳遞給構(gòu)件的熱量，水通過循環(huán)、蒸發(fā)帶走熱量，從而使構(gòu)件溫度維持穩(wěn)定，保證柱子溫度不會升溫過高而喪失承載能力。此法是理論上鋼結(jié)構(gòu)保護(hù)最有效的方法，但是這種方法對結(jié)構(gòu)設(shè)計有復(fù)雜要求，水冷卻設(shè)備也復(fù)雜且成本較大。例如在冬季時為了防止凍害，需要添加防凍劑、為了防止鋼結(jié)構(gòu)銹蝕，還需向水中摻入防銹外加劑等，導(dǎo)致了該方法應(yīng)用較少，見圖5。

4 對比分析

4.1 疏導(dǎo)法與截流法對比

總結(jié)截流法和疏導(dǎo)法的措施，原理和主要優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍，如表1所示。疏導(dǎo)法的核心是迅速將傳遞到構(gòu)件上的熱量帶走，截流法的核心是阻止熱量直接傳遞給構(gòu)件，以延緩其升溫速度。相比于截流法，疏導(dǎo)法效果最為顯著，但受到經(jīng)濟(jì)技術(shù)因素限制，目前工程中采用最多的仍然是截流法。

表1 疏導(dǎo)法與截流法比較

4.2 截流法各類方法比較

截流法中，屏蔽法和水噴淋法由于防火效果和使用空間限制，因此沒有得到普遍使用。目前工程應(yīng)用中主要使用的還是包封法和噴涂法，因此本文對這兩種方法進(jìn)行比較。鋼結(jié)構(gòu)的防火噴涂法施工極為便捷，并且造價低、噴涂材料重量輕，適用于各類構(gòu)件。而包封法則是采用了一定形狀的防火板材、混凝土等對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行保護(hù)，施工相對復(fù)雜并且可能對室內(nèi)造成機(jī)械損傷等，不過它又比噴涂法要耐久且裝飾效果比噴涂法好很多。因此，隨著近年來新型防火板材的研制，包封法自身的優(yōu)勢逐漸凸顯。這主要基于包封法的性能穩(wěn)定、耐久性好、施工安全，抗火效果更優(yōu)。同時考慮到經(jīng)濟(jì)因素，噴涂法由于其耐久性差而常常需要維護(hù)維修，雖然其前期施工便捷、費(fèi)用低廉，但是后期維修成本高。而包封法雖然前期投入看似較多，但后期維護(hù)極少、維修費(fèi)用很低，綜合成本較低。

5 結(jié)語

通過對各種抗火方法的分析比較，可以得出以下結(jié)論:

1)疏導(dǎo)法抗火性能優(yōu)異，但經(jīng)濟(jì)成本較高，且施工工藝復(fù)雜，技術(shù)要求較高，因此僅在少數(shù)項目中使用。2)目前工程中常用的防火保護(hù)措施主要是包封法和噴涂法，屏蔽法和水噴淋法很少應(yīng)用，或僅作為輔助。3)包封法和噴涂法兩者各有優(yōu)劣，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際和具體防火要求選擇最合適的方法。4)在具體選擇防火措施時，應(yīng)綜合考慮建筑物的結(jié)構(gòu)形式、施工質(zhì)量、成本與綜合效益，并根據(jù)工程實(shí)際來進(jìn)行選擇。同時應(yīng)設(shè)置多道防火措施保護(hù)建筑結(jié)構(gòu)安全。