鋼結(jié)構(gòu)耐火性能差早已為人們所熟知，鋼材雖為非燃燒材料，但卻易導(dǎo)熱、怕火燒，其耐火極限僅為15～20分鐘。在火災(zāi)的溫度下，鋼結(jié)構(gòu)的強度是溫度的函數(shù)。未加防火保護的鋼結(jié)構(gòu)，當(dāng)結(jié)構(gòu)溫度達到350℃、500℃、600℃時，其強度分別下降1/3、1/2、2/3，當(dāng)結(jié)構(gòu)溫度達到600℃以上時，將完全喪失承載能力。因此，在火災(zāi)作用下，鋼結(jié)構(gòu)不可避免地扭曲變形，最終導(dǎo)致垮塌毀壞。

上圖是：2013年1月1日杭州蕭山鋼構(gòu)廠房發(fā)生火災(zāi) 三名消防員遇難

鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生火災(zāi)后，結(jié)構(gòu)垮塌快，給消防滅火工作帶來極大困難的同時減少了受困人員的逃生時間；且垮塌后的鋼結(jié)構(gòu)變成“麻花狀”或“面條狀”的廢物，很難修復(fù)使用，往往帶來重大人員傷亡和經(jīng)濟損失。

國內(nèi)外鋼結(jié)構(gòu)遭火災(zāi)倒塌的例子不勝枚舉。如1967年美國蒙哥馬利市的一個飯店發(fā)生火災(zāi)，鋼結(jié)構(gòu)屋頂被燒塌；1993年我國福建泉州一座鋼結(jié)構(gòu)冷庫發(fā)生火災(zāi)，造成3600㎡的庫房倒塌；2001年的美國紐約世界貿(mào)易大廈雙塔遭恐怖分子飛機襲擊，航空煤油爆炸后引發(fā)高溫燃燒，兩幢420m高的鋼結(jié)構(gòu)摩天建筑先后轟然倒塌，造成近4000人死亡和1000多億美元的經(jīng)濟損失。因此鋼結(jié)構(gòu)防火的研究、設(shè)計和運用應(yīng)受到特別的重視。

上圖是世貿(mào)大廈燃燒倒塌

鋼結(jié)構(gòu)的防火包括結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計和結(jié)構(gòu)的防火保護措施。

鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計的實質(zhì)是：選定保護材料及所需厚度，從而使結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中的升溫不超過其臨界溫度而確保耐火穩(wěn)定性。防火設(shè)計的目標(biāo)就是使結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實際耐火時間大于或等于規(guī)定的耐火極限。

一、鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計的一般規(guī)定

（1）鋼結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計應(yīng)符合國家《建筑設(shè)計防火規(guī)范》、《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》、《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》、《高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》等的有關(guān)規(guī)定。應(yīng)慎重并合理地確定工業(yè)建筑的防火類別與建筑物的防火等級，必要時應(yīng)與消防部門共同商定設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。

（2）鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的防火設(shè)計原則，是在設(shè)計所采用的防火措施的條件下，能保證構(gòu)件在所規(guī)定的耐火極限時間內(nèi)，其承載力仍不小于各種作用和組合效應(yīng)。建筑物等級所要求承重構(gòu)件耐火極限見表1。

表１　　　　建筑構(gòu)件的耐火時限（h）

二、常用的防火措施

（1）單面屏蔽法。在鋼結(jié)構(gòu)的迎火面設(shè)置阻火屏障，將構(gòu)件與火焰隔開。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，屏障的阻隔使得鋼構(gòu)件避免了急速升溫。如果在鋼結(jié)構(gòu)所有的構(gòu)件外表面設(shè)置防火屏障，結(jié)構(gòu)造價勢必會大幅度增加，而且這種做法也不現(xiàn)實，但在特殊部位設(shè)置防火屏障不失一種既方便又較經(jīng)濟的鋼結(jié)構(gòu)防火方法。

（2）用耐火輕質(zhì)板作為防火外包層。辦公與居住建筑等的鋼結(jié)構(gòu)，當(dāng)同時有防火與裝飾要求時，可在鋼結(jié)構(gòu)表面做除銹及涂底漆（粘貼面不可涂底漆）后，采用防火板（如ALC板）等專用的、可模制定型的裝飾性板材外包防火構(gòu)造。

無裝飾要求的工業(yè)與民用建筑鋼結(jié)構(gòu)，可根據(jù)造價、施工條件等因素采用防火板材外包防火構(gòu)造。

鋼結(jié)構(gòu)防火用板材分為兩類：一類為密度大、強度高的薄板。如短纖維增強的各種水泥壓力板（包括TK板、FC板等）、纖維增強普通硅酸鈣板、紙面石膏板、以及各種玻璃布增強的無機板（俗稱無機玻璃鋼）；另一類是密度較小的厚板，如輕質(zhì)（或超輕質(zhì)）硅酸鈣防火板（如KB板）及膨脹蛭石防火板。板材不同厚度與不同構(gòu)造的耐火性能、時限等，均應(yīng)有國家檢測機構(gòu)的檢測認定。防火板由工廠加工，它的表面平整，裝飾性好，施工為干作業(yè)。用于鋼結(jié)構(gòu)防火具有占用空間少、綜合造價低的特點。各種防火板主要技術(shù)性能指標(biāo)見表2。

表2　　　　　各種防火板主要技術(shù)性能

（3） 澆筑混凝土或耐火磚。采用混凝土或耐火磚完全封閉構(gòu)件，這種做法的優(yōu)點是強度高、耐沖擊，但缺點是要占用的空間較大。

上圖是鋼骨（勁性）混凝土結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)外包裹鋼筋混凝土并共同受力。

（4）水冷卻法。即在呈空心截面的柱內(nèi)注入水，與設(shè)置的水箱相連，形成一個循環(huán)系統(tǒng)。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，熱量被水吸收，從而保證了鋼柱溫度不會升溫過高而喪失承載能力。為了防止鋼柱生銹，需在水中加入專門的防腐劑。冬天為了防凍還需加入防凍劑，這種方法目前較少采用。

（5）涂抹防火涂料。這是目前通常采用的防火措施。將防火涂料涂抹在構(gòu)件表面，這種方法施工方便，重量輕、耐火時間長，可以涂抹于構(gòu)件的任何位置，不受截面形狀的限制，具有較好的經(jīng)濟性和實用性。

三、防火涂料

（1）鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的分類

鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的類型可根據(jù)不同的方法來定義：從所用溶劑來分，可分為溶劑型和水基型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料；從使用范圍分，可分為室內(nèi)和室外鋼結(jié)構(gòu)防火涂料；根據(jù)防火機理分，可分為非膨脹型和膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料；根據(jù)涂層厚度來分，可分為厚型、薄型、超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的技術(shù)性能應(yīng)符合表3。

表3　　　　　　鋼結(jié)構(gòu)防火涂料技術(shù)性能要求

注：1）本表所列防火涂料性能僅適用于建筑物及構(gòu)筑物室內(nèi)使用的各類鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，不包括室外鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的技術(shù)要求；2）超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料比普通膨脹性防火涂料涂層更薄，其裝飾性和耐火性能更好，其涂層外觀完全類同于一般飾面型涂料，既可噴涂也可手工涂刷。通常將3mm涂層厚，耐火極限不低于90分鐘的膨脹型防火涂料稱之為超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。

（2）幾種常用的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料

厚型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料：所謂厚型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料是指涂層厚度在8～50mm的涂料，這類鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的耐火極限可達0.5～3小時。在火災(zāi)中涂層不膨脹，依靠材料的不燃性、低導(dǎo)熱性或涂層中材料的吸熱性，延緩鋼材的溫升，保護鋼件。這類鋼結(jié)構(gòu)防火涂料是用合適的粘結(jié)劑，再配以無機輕質(zhì)材料，增強材料組成。與其他類型的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料相比，除了具有水溶性防火涂料的一些優(yōu)點之外，由于它從基料到大多數(shù)添加劑都是無機物，因此還具有成本低廉這一突出特點。該類鋼結(jié)構(gòu)防火涂料施工采用噴涂，一般多應(yīng)用在耐火極限要求2小時以上的室內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)上。但這類產(chǎn)品由于涂層厚，外觀裝飾性相對較差。

上圖是厚型防火涂料施工

薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料：涂層使用厚度在3～7mm的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料稱為薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。該類涂料受火時能膨脹發(fā)泡，以膨脹發(fā)泡所形成的耐火隔熱層延緩鋼材的溫升，保護鋼構(gòu)件。這類鋼結(jié)構(gòu)涂料一般是用適當(dāng)?shù)娜槟z聚合物作基料，再配以阻燃劑、添加劑等組成。對這種類型防火涂料，要求選用的乳液聚合物必須對鋼基材具有良好的附著力，耐久性和耐水性好。該涂料一般分為底層(隔熱層)和面層(裝飾層)，其裝飾性比厚型好，施工采用噴涂，一般使用在耐火極限要求不超過2小時的建筑鋼結(jié)構(gòu)上。

上圖是薄型防火涂料

超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料：超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料是指涂層厚度不超過3mm的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，這類鋼結(jié)構(gòu)防火涂料受火時膨脹發(fā)泡，形成致密的防火隔熱層，是近幾年發(fā)展起來的新品種。它可采用噴涂、刷涂或滾涂施工，一般使用在要求耐火極限2小時以內(nèi)的建筑鋼結(jié)構(gòu)上。與厚涂型和薄涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料相比，超薄型膨脹鋼結(jié)構(gòu)防火涂料粘度更細、涂層更薄、施工方便、裝飾性更好是其突出優(yōu)點。在滿足防火要求的同時又能滿足高裝飾性要求，特別是對裸露的鋼結(jié)構(gòu)，這類涂料是目前備受用戶青睞的鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。

（3）鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的選擇及注意事項

1) 實際工程中選用的防火涂料必須有國家檢測機構(gòu)對其耐火性能認可的檢測報告及生產(chǎn)許可證。

2) 民用建筑及大型公用建筑的承重鋼結(jié)構(gòu)宜采用防火涂料防火，一般應(yīng)由建筑師與結(jié)構(gòu)工程師按建筑物耐火等級及耐火時限，根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》，選用涂料的類別（薄涂型或厚涂型）及構(gòu)造做法。

3) 選用時宜優(yōu)先選用薄涂型防火涂料，選用厚涂型涂料時，其外需做裝飾面層隔護。裝飾要求較高的部位可選用超薄型防火涂料。

4) 防火涂料的厚度，宜直接采用實際構(gòu)件的耐火試驗數(shù)據(jù)。當(dāng)構(gòu)件的截面尺寸或形狀與試驗標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件不同時，應(yīng)按現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》附錄三的方法，推算所需防火涂層厚度。

5) 室外環(huán)境的鋼結(jié)構(gòu)，一般不考慮防火保護。但石化企業(yè)的室內(nèi)、外應(yīng)按《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》的規(guī)定進行防火防護設(shè)計。當(dāng)室外鋼結(jié)構(gòu)需防火保護時，應(yīng)采用專用的露天用防火涂料，并以防銹底漆打底。

6) 不得將飾面型防火涂料（適用于基材為可燃材料的木結(jié)構(gòu)）用于鋼結(jié)構(gòu)的的防火保護。

7) 重要的鋼柱構(gòu)件采用防火涂料保護時，一般應(yīng)采用厚涂型防火涂料，且節(jié)點部位宜做加厚處理。當(dāng)所用防火涂料的粘接強度小于0.05MPa時，涂層內(nèi)應(yīng)設(shè)置與鋼構(gòu)件相連接的鋼絲網(wǎng)。

8) 承重鋼梁構(gòu)件采用厚涂型防火涂料時，其重要節(jié)點部位宜加厚處理。當(dāng)為下列任意中情況時，涂層內(nèi)應(yīng)設(shè)與鋼梁相連接的鋼絲網(wǎng)。

①　受振動作用的鋼梁；

②　涂層厚度大于或等于40mm的梁；

③　梁用防火涂料粘接強度小于或等于0.05MPa時；

④　梁腹板高度超過1.5m時。

9) 當(dāng)有技術(shù)經(jīng)濟依據(jù)時，重要的承重構(gòu)件可采用耐火鋼外加防火涂料的防火做法，其防火設(shè)計及對材料性能、構(gòu)造施工等方面的技術(shù)要求，可參照上海市地方標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定。

10) 防火涂料的施工應(yīng)由專業(yè)隊伍承擔(dān)，并按《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》及《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》檢查驗收。

各類防火涂料的特性及適用范圍見表4。

表4　　　防火涂料的類別及適用范圍

來源：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計