康利慧

摘要：鋼結構以它獨特的優(yōu)點，在各類建筑場合都有非常廣泛的應用。由于鋼結構耐火性差的特點，一旦發(fā)生火災往往都會導致建筑結構失去完整性，而且穩(wěn)定性急劇下降。因此，必須加強鋼結構防火保護，提高構件耐火極限。本文對鋼結構抗火設計方法的發(fā)展進行了探討。

關鍵詞：鋼結構；抗火設計；方法；發(fā)展

鋼結構的建筑不但豐富了建筑結構的形式，而且還為人們提供大量豐富多彩的建筑類型，就會給人們一種美妙視覺效果。同時，也為建筑的藝術發(fā)展提技術支撐。目前，隨著我國經(jīng)濟與技術的發(fā)展，人們對建筑的安全要求是越來越高了，對各種災害防范工作也是日益重視，特別是火災。加強鋼結構的建筑材料耐火的性能，就使鋼結構的建筑材料自身阻止火災的發(fā)生或者蔓延，這就是鋼結構的防火保護研究與發(fā)展的重點。

一、鋼結構建筑構件的耐火極限分析

1.耐火極限的定義及規(guī)范

國內(nèi)外的建筑規(guī)范都對建筑的耐火性進行了等級劃分， 并對建筑構件的耐火和防火做出了規(guī)定。而所謂的耐火極限，其實就是對建筑構件按時間-溫度標準曲線進行耐火試驗， 而從其受到火的作用直到失去支持能力或失去隔熱作用為止， 經(jīng)歷的時間就為建筑構件的耐火極限。按照國家的建筑構件耐火極限規(guī)范，對鋼結構柱和梁的耐火極限考察就是對其在受火條件下的穩(wěn)定性、完整性和隔熱性進行試驗。首先， 試件在穩(wěn)定性試驗中一旦發(fā)生垮塌或變形， 其梁或板構件的最大撓度超過L / 20mm ，柱構件軸向變形大于h / 100mm，則表明該試件失去支持力。其中， L 指的是梁跨， 而h 為構件的初始受火高度。其次，在完整性試驗中，如果用于試驗的棉墊被引燃或背火面串火達10s以上， 或者背火面出現(xiàn)超過規(guī)定的裂縫， 則試件失去了完整性。再者，在隔熱性試驗中， 如果背火面平均溫度超過試件表面初始溫度或單點最高溫度達180℃ ， 則試件失去絕熱性。

2.構件耐火極限的確定

由于不同的建筑的形式和功能不同，所以建筑的可燃燒性能、熱值和分布等內(nèi)容存在著一定的差異。所以，按照國家統(tǒng)一規(guī)定進行建筑的耐火極限的設計并不科學。因為這樣不僅容易造成預期的功能難以實現(xiàn)， 還容易導致消費投資成本的增加。而進行構件的耐火極限的確定， 則可以優(yōu)化建筑構件的防火設計， 繼而解決這些問題。就目前來看， 在進行鋼結構構件的耐火極限的確定時， 主要有兩種方法。一方面， 可以將建筑構件在建筑承重體系中的重要性與樓板進行比較， 然后進行其耐火極限的確定。具體來講， 就是一旦構件的重要性大于樓板， 則需要使其耐火極限高于樓板， 反之則小于樓板的耐火極限。另一方面， 根據(jù)真實火災的發(fā)展過程，可以采用可靠計算方法進行結構整體失效概率的分析和計算。而想要使用這一方法，則需要使設計承載力大于等于荷載效應，結構的最小安全系數(shù)也要大于等于所要求的安全指數(shù)。

3.影響構件耐火性的因素

首先，火災荷載密度越大，建筑火災的發(fā)展速度將越快，而火災持續(xù)時間也會較長。而在這種情況下， 建筑構件受的熱作用時間較長，構件內(nèi)部溫度升高速度也將增加，本身的形變也會加大， 而其所需耐火時間則更長。其次， 空間通風條件、建筑圍護構件性能、建筑空間高度和空間內(nèi)的消防系統(tǒng)等多個建筑空間條件都會影響到建筑構件的耐火性能。比如，如果建筑內(nèi)部設有自動滅火設施， 建筑火災就有可能被控制或撲滅，繼而使構件的耐火時間縮短。此外，鋼材強度、混凝土強度、構件尺寸和保護層厚度等多個構件性能也同樣會對構件的耐火性能產(chǎn)生影響。

二、鋼結構抗火設計的方法

1.外包層

就是在鋼結構外表添加外包層，可以現(xiàn)澆成型，也可以采用噴涂法。現(xiàn)澆成型的實體混凝土外包層通常用鋼絲網(wǎng)或鋼筋來加強，以限制收縮裂縫，并保證外殼的強度。噴涂法可以在施工現(xiàn)場對鋼結構表面涂抹砂泵以形成保護層，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、輕混凝土做成預制板，采用膠黏劑、釘子、螺栓固定在鋼結構上。

2.屏蔽法

鋼結構設置在耐火材料組成的墻體或頂棚內(nèi)，或將構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到防火的目的。這是一種最為經(jīng)濟的防火方法。在鋼結構的迎火面設置阻火屏障，將構件與火焰隔開，阻止火災煙氣直接作用于鋼構件。例如，鋼梁下面吊裝防火平頂，鋼柱內(nèi)側設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件表面，這種方法施工簡便、重量輕、耐火時間長，而且不受鋼構件幾何形狀限制，具有較好的經(jīng)濟性和實用性，是目前應用最多的鋼結構防火保護手段。鋼結構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一步分成不同類別。

4.鋼結構的水噴淋法防火

所謂的水噴淋法，就是在鋼結構的建筑結構上部設置了水噴淋管網(wǎng)與噴頭。當鋼結構的建筑發(fā)生了火災的時候，水噴頭受熱之后就會自動的打開向建筑構件噴水了，這樣就使建筑構件的表面形成了連續(xù)流動水膜，就可以帶走大量熱量，讓鋼結構的構件溫度不會過高，這樣就可以提高結構耐火極限。

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件。這種方法優(yōu)點是強度高、耐沖擊，但缺點是要占用的空間較大。例如，用C20 混凝土保護鋼柱，其厚度為5～10 cm 才能達到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)防火板將鋼構件包覆起來。防火硅酸鈣板和蛭石板重量輕、防火性能好。這類防火板由工廠加工，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、綜合造價低的優(yōu)點。

三、鋼結構抗火設計的發(fā)展趨勢

隨著涂料工業(yè)向節(jié)能、低污染、高性能化、專業(yè)化方向發(fā)展，鋼結構防火涂料也向“5E”方向邁進，即提高涂膜質(zhì)量（Excellence）、方便施工（Easyof application）、節(jié)省資源（Economics）、節(jié)省能源（Energy saving）和生態(tài)平衡（Ecology）。與此同時，它在防火性、裝飾性和降低成本等方面也不斷取得較大的發(fā)展。可以預見，今后鋼結構防火涂料將向著超薄型、高耐候性、高裝飾性及環(huán)保型方向發(fā)展。另外，通過對國內(nèi)外建筑鋼結構防火保護現(xiàn)狀的分析，結合目前實際工程中存在的問題，今后鋼結構防火保護技術的趨勢也有可能朝著防火產(chǎn)品預制化的方向發(fā)展，預制化的防火板和防火卷材將在工程中得到廣泛應用。這是因為預制化防火產(chǎn)品只需通過合成樹脂黏結或采用釘子螺絲等固定，使得承重（鋼結構）與防火（預制化產(chǎn)品）的功能劃分明確，火災后修復簡便，且不影響主體結構的功能，因而具有良好的復原性。另外，鋼結構預制化防火產(chǎn)品完全由工廠預制，施工工藝簡單、質(zhì)量穩(wěn)定，且原廠和現(xiàn)場的檢測手段簡單可控，能有效地實現(xiàn)對工程質(zhì)量的監(jiān)督和控制作用，保證耐火性能。

總之， 耐火性差是限制鋼結構應用的重要原因。所以，對鋼結構建筑構件進行防火設計， 才能夠確保鋼結構在建筑結構中得到更加廣泛的應用。

參考文獻：

[1]孫佳林，王曉輝.小議鋼結構的特點及應用[J].黑龍江科技信息. 2008（12）.

[2]孟偉.淺談鋼結構特點及其應用[J].科技風. 2012（05）.

[3]楊雪.火災作用下鋼結構的保護[J].科技致富向導. 2011（29）.

[4]徐向東.淺析鋼結構防火[J].科技資訊. 2007（16）.