浅谈钢结构防火

   钢结构是现代建筑工程中较普遍的结构形式之一。据1995年的统计资料显示，我国建成的100幢超高层建筑中钢结构占了7％，如北京156.4米高的国贸中心，183.5米高的京城大厦，上海365米高的金贸大厦，深圳310米高的地王大厦等。可以预测，随着城市规模的发展，钢结构在我国建筑业的应用具有非常广阔的前景。
一、钢结构的优点
 
    1、钢结构的重量轻，虽然钢的比重大，但因其机械性能好，可以承受较大的荷载，故钢结构件截面尺寸小，同样跨度同样荷载时，钢屋架的重量最多不过钢筋混凝土屋架的1／3；钢结构的重量小，便于运输。
 
    2、材质均匀，与力学计算的假定比较符合。钢材内部组织比较均匀，接近于各向同性体，而且在一定的应力幅度内几乎是完全弹性的。因此，钢结构的实际受力情况与建筑力学计算的结果比较符合。
 
    3、钢结构制造、安装机械化程度高。钢结构具有某种段度的技术密集型性质，钢结构所用的材料单一，而且是成品，加工简便，机械化程度高，制造迅速，容易保证质量，适宜于成批大量生产，从构件的工厂加工到现场吊装，工业化程度大大高于具有劳动密集性质的现浇钢筋混凝土结构。
 
    4、钢结构安装施工简便钢结构由专业化金属构件厂主产构件(梁、屋架、柱等)，在工地上用电焊或螺栓(或高强螺栓)连接起来，施工安装简便迅速，可提高施工速度，已成为降低工程造价的最主要因素，结构造价问题已降到次要的地位。而且，螺栓连接的钢结构便于改造拆迁。
 
    5、钢结构在平面布局上的灵活性，则是另一重要特点。在信息时代的今天，对室内平面、空间和内部设施的要求更加严格了。原先的布局和设备，不久就可能变成不太适用或完全不适用，钢结构却可为平面重新布局提供更大的可能性，从而延长建筑物的使用寿命。
 
    钢结构虽然有这么多优点，但却有一个致命的缺点：不耐火。钢材虽然是不燃材料，但在火灾高温作用下，其力学性能如屈服强度、弹性模量等却会随温度升高而降低，在550℃左右时，降低幅度更为明显，一般在15分钟左右就会丧失承重能力而垮塌。国内外钢结构建筑物的火灾案例都证明，发生火灾后20分钟以内钢结构建筑物就会被烧垮，变成一片废墟。1973年5月天津市体育馆火灾，1969年12月上海文化广场火灾，1972年8月北京二七机车车辆厂纤维板车间火灾，都曝露了钢结构耐火性能差的致命弱点。
 
二、钢结构的耐火保护方法
 
    对于钢结构的防火保护，无论采取何种方法都应具备以下几点：(1)安全无毒；(2)易于与钢构件结合；(3)在预期的耐火极限内可有效地保护钢结构；(4)在钢构件受火后发生允许变形时，防火保护材料应不被破坏而仍能发挥原有的保护作用；(5)经济合理。由于钢结构耐火能差，在火灾高温作用下很快失效倒塌，耐火极限仅15分钟，若采取措施，对钢结构进行保护，使其温度升高不超过临界温度，钢结构在火灾中就能保持稳定性。对钢结构采取的保护措施，从原理上来讲，主要可划分为两种：截流法和疏导法。
 
截流法
 
    截流法的原理是截断或阻滞燃烧产生的热量向构件的传输，从而使构件在规定的时间内温升不超过其临界温度。其做法是在构件表面设置一层保护材料，火灾产生的高温首先传给这些保护材料，再由保护材料传给构件。由于所选材料的导热系数较小，而热容较大，所以能很好地阻滞热流向构件的传输，从而起到保护作用。截流法又分为喷涂法、包封法、屏蔽法和水喷淋法。
 
喷涂法
 
    目前，我国在大型钢结构防火工程中常采用喷涂法，这种方法有利于梁柱结点及桁架的处理，喷涂法是用喷涂机具将防火涂料直接喷在构件表面，形成保护层，但施工时对环境略有污染。钢结构防火涂料按所使用的胶粘剂的不同可分为有机防火涂料和无机防火涂料两类，按涂层厚度分为薄涂型和厚涂型两类。薄涂型钢结构涂料涂层厚度一般为2～7mm，有一定装饰效果，高温时涂层膨胀增厚，具有耐火隔热作用，耐火极限可达0.5～2小时，这种涂料又称纲结构膨胀防火涂料。厚涂型钢结构防火涂料厚度一般为8～20mm，粒状表面，密度较小，导热系数低，耐火极限可达0.5～3.0小时，这种涂料又称钢结构防火隔热涂料。
 
    钢结构防火涂料的防火原理有三个：一是涂层对钢基材起屏蔽作用，使钢结构不至于直接暴露在火焰高温中；二是涂层吸热后部分物质分解放出的水蒸汽或其他不燃气体，起到消耗热量，降低火焰温度和燃烧速度，稀释氧气的作用；三是涂层本身多孔轻质和受热后形成碳化泡沫层，阻止了热量迅速向钢基材传递，推迟了钢基材强度的降低，从而提高了钢结构的耐火极限。