劉宵亞

【摘 要】鋼結構防火涂料在鋼結構建筑中應用廣泛，也是鋼結構建筑消防設計中重要的研究課題之一。文章結合實際工程經驗，探討了鋼結構工業(yè)廠房的防火涂料在設計、施工中應注意的問題，并提出了相應的解決方案，以供廣大設計師與工程人員參考。

【關鍵詞】鋼結構；防火涂料；工業(yè)廠房；設計與施工

【中圖分類號】TU391 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）05-0147-04

近年來，鋼結構以其施工速度快、自重輕、抗震性能好，以及有利于環(huán)境保護、節(jié)能及建筑產業(yè)化等優(yōu)點，已成為中國工業(yè)建筑業(yè)的主流。現(xiàn)階段，隨著“一帶一路”戰(zhàn)略進一步加速推進，大面積的鋼結構廠房、多功能廠房、發(fā)電廠、物流倉庫等工業(yè)建筑項目正在中國及世界各地如火如荼地展開。由于鋼結構耐火性能較砌體及混凝土結構差，因此對鋼結構的防火保護就顯得尤為重要，鋼結構防火涂料就是最為常用的消防保護措施之一。隨著新的《建筑設計防火規(guī)范》于2015年5月1日正式實行，鋼結構防火涂料的研究、生產及應用已逐漸進入了高峰階段。

1 建筑鋼結構防火涂料的作用機理及分類

1.1 影響鋼結構構件升溫速率的主要因素

（1）構件截面系數(shù)（截面周長/截面面積）如圖1所示。其中，截面周長是指暴露于火災或者熱源中的部分的周長，截面系數(shù)越小，則鋼構件暴露于火災或者熱源中的部分越少，其升溫速度越慢，構件的耐火時間越長，這是決定防火涂料涂層厚度的重要因素。

（2）鋼結構構件的厚度。薄的構件升溫速率高于厚的構件。

（3）靜荷載。當靜荷載越小時，使鋼結構失去承載能力的溫度就越高。

（4）構件受力形式。柱、梁、網架構件等由于其功能及位置的不同，承受的應力（例如壓力、拉力或者彎曲應力等）作用的類型也不同，其耐火性能也不盡相同。

防火涂料的性能測試正是基于以上原理進行，并通過詳細計算不同受火方式、截面形狀及截面系數(shù)等因素，得到各耐火極限所需防火涂料的涂層厚度。

1.2 鋼結構防火涂料的分類

根據(jù)防火涂料作用機理的不同，建筑鋼結構防火涂料大致可分為膨脹型和非膨脹型防火涂料2種。

（1）膨脹型防火涂料。膨脹型防火涂料也稱為薄型防火涂料。膨脹型防火涂料涂層受熱時能膨脹發(fā)泡，形成一個比涂層厚幾十倍乃至幾百倍的耐燃海綿狀炭質層，從而斷絕火焰對被保護鋼材的直接加熱，延緩鋼材升溫，保護鋼構件。膨脹型防火涂料主要應用于耐火極限2 h以內的鋼結構構件，具有自重輕、裝飾效果好、施工簡便、防潮、耐腐蝕等優(yōu)點。

（2）非膨脹型防火涂料。非膨脹型防火涂料也稱為厚型防火涂料。非膨脹型防火涂料依靠材料的不燃性、低導熱性及隔熱性，對鋼構件起到了屏蔽和防止熱輻射的作用。非膨脹型防火涂料主要應用于耐火極限超過2 h的鋼結構構件，具有耐火時間長、環(huán)保等優(yōu)點。

按照使用環(huán)境，建筑鋼結構防火涂料還可以分為室內和室外2種類型。室外型防火涂料對耐久性、防腐蝕性均有嚴格的要求，要求在室外環(huán)境下仍能做到不開裂、不起皮、不脫落，也不會出現(xiàn)任何變色、粉化現(xiàn)象。目前，由于技術原因，大多數(shù)國內防火涂料公司僅能提供厚型室外防火涂料，只有少數(shù)幾家國外知名防火涂料公司可以提供薄型、超薄型室外防火涂料。

因此，在設計與施工時，我們需注意室內型與室外型防火涂料的區(qū)別，不得將室內型防火涂料用于室外鋼構件，并對厚、薄型防火涂料做出適用的選擇。

2 防火涂料在設計與施工中遇到的問題與解決方法

2.1 屋頂承載構件的界定

在《建筑設計防火規(guī)范》（GB50016—2014）中的第3.2.1條中，對不同耐火等級的廠房和倉庫建筑構件進行了耐火極限的劃分，其中一項為“屋頂承載構件”。因此，在建筑設計中，我們對屋頂承重構件增加了防火涂料的消防要求。

屋面鋼檁條是直接承擔屋面圍護系統(tǒng)的受力構件，大部分設計人員一般都會認為屋面檁條是屬于建筑設計防火規(guī)范中提出的“屋頂承載構件”，應該按照規(guī)范要求涂刷防火涂料。

然而在《建筑設計防火規(guī)范》（2015修改版）給出的“屋頂承載構件示意圖”中，卻未包括屋面檁條構件，與設計人員的理解有出入（如圖2所示）。

由于在鋼結構廠房中屋面鍍鋅鋼檁條的用量很大，所以檁條是否應算入屋頂承重構件，對防火涂料的用量和工程造價有著舉足輕重的影響。

消防設計應從全局出發(fā)，統(tǒng)籌兼顧，既做到安全適用，又經濟合理。考慮到安全性，該問題應從建筑整體結構安全性的角度考慮。如果屋面檁條構件失去承載能力或穩(wěn)定性后，會對整體建筑結構穩(wěn)定性產生影響，可能導致建筑物倒塌時，則該構件應算入“屋頂承重構件”，增加消防要求，例如參加鋼梁平面外整體計算的屋面檁條；反之，如果該屋面檁條構件退出工作對整體建筑結構穩(wěn)定性沒有影響，則不需增加消防措施，例如不參與結構整體計算的檁條。

根據(jù)實際工程設計經驗，筆者對鋼結構工業(yè)廠房的幾種主要結構形式的屋面檁條做了分類。

（1）門式剛架結構。該結構形式下主要鋼構件要求設計經濟合理，計算時一般都會考慮屋面檁條作為鋼梁平面外穩(wěn)定的一個支撐，當該屋面檁條退出工作時會對鋼梁的整體穩(wěn)定造成影響，從而影響整體結構的穩(wěn)定性。因此，門式鋼架上的屋面檁條一般應算入“屋頂承重構件”。

（2）鋼網架結構。該結構形式的屋面檁條多為主副檁結構，主檁連接于上弦球節(jié)點的支托上，計算時只考慮檁條的自重，并不考慮其對其他主體結構構件的影響，也不參加結構整體計算，對整體結構的穩(wěn)定性沒有影響。因此，鋼網架結構上的屋面檁條一般可不算入“屋頂承重構件”。

（3）鋼框架、排架結構。該結構在計算屋面鋼梁時，有時會考慮屋面檁條對鋼梁整體穩(wěn)定的支撐作用，需根據(jù)各設計具體情況確定。建議在消防設計時，咨詢相應的結構設計人員來決定是否將屋面檁條算入“屋頂承重構件”。

實際工程中，由于屋面檁條防火涂料工程量及費用占比大，經常發(fā)生多方對屋面檁條是否屬于“屋面承重構件”，是否需要涂刷防火涂料的爭執(zhí)，因此在鋼結構工業(yè)廠房的設計中，應在圖紙中明確哪些屋面鋼檁條屬于“屋頂承重構件”，哪些層面鋼檁條是不需要涂刷防火涂料的。這樣既能保證建筑消防安全滿足規(guī)范要求，又能避免建設方糊里糊涂多花錢，也防止工程招標時漏項，做到安全、經濟兩不誤。

2.2 防火涂料與鍍鋅鋼檁條的黏結問題

在工業(yè)建筑鋼結構廠房中，屋面鋼檁條多采用熱鍍鋅處理，具有良好的防銹和耐腐蝕性。然而，由于鍍鋅層與防火涂料的黏結力不夠，在鍍鋅鋼檁條上直接涂刷防火涂料的效果并不理想，容易出現(xiàn)防火涂料附著不均或剝落等現(xiàn)象（如圖3所示）。

鍍鋅鋼檁條表面較光滑，在壓制及運輸過程中，又難免沾染油污，這就導致了鍍鋅層與防火涂料黏結力不足的問題。通過向國外某知名防火涂料廠家咨詢解決方案，也印證了以上結論。

因此，根據(jù)該廠家的建議，我們在實際工程中，要求對鍍鋅鋼檁條表面進行清潔預處理，其表面必須無油、油脂及腐蝕性物質，然后才能涂刷防火涂料。該措施有效地保證了防火涂料與鍍鋅層的黏結力，增加了防火涂料的使用壽命。由于清潔工作量非常巨大，建議廣大設計師也將此措施編入設計說明書，這有利于工程量的統(tǒng)計。

2.3 非膨脹型防火涂料對鋼結構墻面圍護安裝的影響

在鋼結構工業(yè)廠房中，2 h以上的鋼結構構件宜采用非膨脹型（厚型）防火涂料。因此，一般廠房鋼柱均需采用厚型防火涂料。根據(jù)國內某家防火涂料廠提供的參數(shù)，耐火極限2.5 h所需厚型防火涂料的厚度約25 mm。而在鋼結構圍護設計時，鋼柱與墻面檁條間一般僅預留20 mm空間，該空間內需安裝內墻板，內墻板采用彩鋼板時波高約15 mm，剩余5 mm基本僅能滿足施工誤差的需求，鋼柱在該面的厚型防火涂料層無法滿足基本厚度要求，甚至不能施工，消防驗收也無法通過（如圖4所示）。

在設計中，應根據(jù)鋼柱防火涂料厚度做出相應的調整，建議采用以下2種解決方案。

（1）在內墻板與鋼柱間預留足夠的空間（如圖5所示）。該方案涉及建筑外輪廓及鋼柱定位問題，應在設計初期就商定好。

（2）內板不插入鋼柱，設計增加墻內板與鋼柱的收邊節(jié)點（如圖6所示）。該方法較靈活，對前期方案定位無影響，但墻板安裝工序有所增加，需增加建筑設計節(jié)點，并提醒彩板供應商深化設計時注意放樣尺寸，盡量避免現(xiàn)場切割，影響墻面平整美觀。

2.4 非膨脹型防火涂料的荷載問題

根據(jù)建筑設計防火規(guī)范，當鋼結構建筑耐火等級為一級時，鋼梁的耐火極限要求2 h。那么，鋼梁與鋼柱都可能需要采用非膨脹型（厚型）防火涂料（如圖7所示）。

前文已介紹非膨脹型防火涂料厚度一般不小于25 mm，對構件有一定自重的增加。根據(jù)國內某家防火涂料廠提供數(shù)據(jù)，非膨脹型防火涂料干密度約650 kg/m3，當一根截面為800（h）×300×14×20的“H”形鋼需涂刷非膨脹型防火涂料時，計算其自重至少增加45 kg/m。

然而，許多工程設計中并未考慮構件上厚型防火涂料的這部分自重，這在一些輕型鋼結構廠房結構中則更加不安全。建議廣大設計師在設計門式剛架及一些荷載較小的輕型鋼結構廠房時，注意非膨脹型防火涂料對結構自重的影響，應在設計初期明確并提醒結構工程師哪些構件需要涂刷非膨脹型防火涂料。

2.5 非膨脹防火涂料的外觀問題

非膨脹型防火涂料的施工方法類似墻面膩子粉刷，不能調色，較粗糙，干燥后為中灰色，與混凝土顏色相近。因此，非膨脹型防火涂料的外觀與一般油漆構件、薄型防火涂料構件及金屬墻面都很不協(xié)調（如圖8所示）。

最簡單的解決方案就是根據(jù)建設方要求的顏色，在防火涂料外再涂刷用調好顏色的普通墻面涂料。由于面漆涂料的增加涉及工程費用的增加，所以建議在類似鋼結構工業(yè)廠房建筑設計時，事先向建設方闡明非膨脹型防火涂料外觀問題，再根據(jù)建設方的要求確定是否需要增加非膨脹型防火涂料的面層涂料說明。

3 結語

鋼結構防火涂料在鋼結構工業(yè)廠房中應用廣泛，是建筑消防設計中最重要的環(huán)節(jié)之一。本文幫助廣大設計師及工程人員從鋼結構的受熱特性和防火涂料的防火機理入手，根據(jù)新版規(guī)范，針對鋼結構工業(yè)廠房中屋頂承重構件的界定、防火涂料與鍍鋅構件的黏結、非膨脹型防火涂料對圍護墻面設計、安裝的影響及實際工程項目中遇到的一些防火涂料設計、施工問題提出了有效的解決方案，并在實際工程中成功應用，通過了消防及竣工驗收，供同行參考。

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[責任編輯：陳澤琦]