颜新星
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摘要：随着社会的发展，越来越多的建筑开始使用钢结构进行建设。同时由于钢结构耐火性差的特点，钢结构建筑的防火也越来越受到重视。本文将从钢结构的建筑在火灾情况下呈现出的特点进行分析，结合建筑规范对钢结构防火的基本要求，从被动和主动防火两方面，探讨钢结构防火的有效措施，总结工程经验，为相似的工程提供合理有效的建议。
关键词：钢结构；建筑；防火保护；措施
随着中国城镇化进程的推动，各城市和地区对于建筑的需求越来越多，对于建筑的质量安全控制也变得越来越重要。由于钢结构材料强度高，材料均匀，抗振动和弯曲性能好等特点，钢结构在城市建设中广泛应用于超高层建筑、大跨度空间结构、机场、地铁站等结构中。如北京奥运会场馆（鸟巢、水立方等）、中央电视台总部大楼、上海环球金融中心大厦、东方明珠、深圳平安金融中心、广州塔、武汉绿地中心等均采用了钢结构进行建设。可以预见，随着城市规模的发展，越来越多的钢结构将应用于我国建筑行业。
但钢结构存在耐火性较差等缺点，在国内外存在许多钢结构建筑发生火灾的案例，如2001年9月11日，发生在美国纽约市的911事件，世界贸易中心双子塔在恐怖组织挟持的飞机撞击下，迅速坍塌，其主要原因包括建设大厦的主要材料为钢结构较弱的耐火性，钢结构在爆炸产生的高温下迅速软化，使得结构失稳，导致大厦在短时间内完全坍塌，给救援工作带来了极大的困难。因此我们需要加强对钢结构防火的研究，根据其力学特点探讨钢结构防火的有效措施，总结工程经验，为相似的工程提供合理有效的建议。
我们将从钢结构的建筑在火灾情况下呈现出的特点进行分析，结合建筑规范对钢结构防火的基本要求，从被动和主动防火两方面，探讨钢结构防火的有效措施
1钢结构建筑在火灾下呈现的特点
1.1钢结构力学性能对温度变化敏感
如图为钢材在不同温度下屈服强度、抗拉强度以及弹性模量的变化趋势，随着温度的上升，钢材的屈服强度、抗拉强度以及弹性模量的整体趋势是降低的，但在200℃范围内变化不大。当温度在250℃左右时，钢材抗拉强度反而提高，塑性降低，这种现象称为“蓝脆现象”。当温度达到300℃时，钢材的屈服强度、抗拉强度、以及弹性模量显著下降，产生徐变；当温度超过400℃时，其强度和弹性模量都急剧降低，到600℃时接近于零，结构发生软化从而导致建筑物倒塌。同时当发生火灾时，未采用防火保护的钢结构耐火时间仅为0.25-0.5小时，建筑倒塌时间短，容易造成人员伤亡。
图1温度对钢材力学性能的影响
1.2材质导热快
作为建筑构件材料，与传统砖混结构和钢筋混凝土结构构件相比，钢材具有导热容易，隔热性差的特点。当发生火灾时热空气向构件传热，如果未涂覆耐热涂层时，钢结构会迅速传导温度，引起二次火灾。
1.3钢结构建筑空间大，火势易蔓延
由于钢结构建筑一般用于厂房、体育场馆等大跨度结构中，内部空气流通，没有防火分隔，一旦发生火灾，火势发展快，极易形成大面积火灾，造成严重人员和经济损失。
2钢结构建筑防火的基本要求
2.1防火等级要求
现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016、《高层民用建筑设计防火规范》GB50045以及《建筑钢结构防火技术规范》GB51249中均对钢结构建筑防火进行了规定。目前我国耐火等级分为一、二、三、四级，不同的防火等级对应不同的燃烧性能和耐火极限。在《高层民用建筑设计防火规范》中规定，19层以上的住宅防火等级为一级，构件的耐火时间要求为柱3小时、梁2小时、楼板1.5小时；19层以下的住宅防火等级为二级，构件的耐火时间要求为柱2.5小时、梁1.5小时、楼板1小时。
2.2防火材料要求
对于民用建筑及大型公共建筑的承重钢结构，规范要求采用防火涂料进行防火。对防火涂料而言，需根据上述规范以及《钢结构防火涂料应用技术规范》CECS24-90规定进行。一般超薄型防火涂料的耐火时间不超过1.5小时，薄型防火涂料的耐火时间为2.0~2.5小时，厚涂层防火涂料的耐火时间为1.5~3.0小时。承重钢结构采用厚涂层防火涂料时，节点部位需要加厚处理，必要时须设置与钢结构相连的钢丝网。
3钢结构建筑的被动防火措施
3.1单面屏蔽法。
在钢构件的迎火面设置阻火屏障，将构件与火焰隔开。如：钢梁下面吊装防火平顶，以及钢外柱内侧设置有一定宽度的防火板等等。如果建筑内部发生火灾，火焰也烧不到钢构件。这种在特殊部位设置防火屏障措施不失一种较经济的钢构件防火方法。
3.2浇铸混凝土或砌筑耐火砖
采用混凝土或耐火砖完全封闭构件。这种方法优点是强度高，耐冲击，但缺点是要占用的空间较大，
3.3采用耐火轻质板材作为防火外包层
采用纤维增强水泥板（如TK板、FC板）、石膏板、硅酸钙板、蛭石板将钢构件包覆起来。防火板由工厂加工，表面平整，装饰性好，施工时为干作业。用于钢柱防火时，具有占用空间少、综合造价低等优点。
3.4钢结构的喷涂法防火
在钢结构表面喷涂防火涂料，在钢结构上形成保护膜，提高钢结构建筑构件的耐火性能。其原理是让涂层作为屏蔽层，使钢结构不直接暴露在火焰的高温下。并且涂层在吸收热量后，会分解释放水汽和其他不可燃物质。从而消耗热量，降低火焰温度和燃烧速度，淡化氧气，达到防火效果。此外，涂层自身的多孔和轻质涂层在加热后会形成碳化泡沫层，进一步保护钢结构。
4钢结构建筑的主动防火措施
4.1钢结构充水冷却法防火
在施工时，往空心的封闭柱中充满水，这样在发生火灾的时候，柱中的水就能够吸收更多的热量，同时水蒸发时可以消耗很多的热量，能有效地降低起火点的热量。其实，在钢结构中充水主要就是装置一个烧水一样的家热熔器，通过水的蒸发来有效降低热量，增加钢结构的强度，从而有效保证钢结构的安全。
4.2钢结构水喷淋法防火
在钢结构的上部安置水喷头，一旦钢结构发生火灾，水喷头在受热后就会使喷水开关自动打开，连续的喷水会使钢结构表面的温度被大量带走，从而使钢结构的温度不会增高，这样就会起到很好的提高钢结构耐火性能的作用。喷水法能够在建筑构件表面形成一层喷水膜，从而把钢结构整体的温度降到最低，并有效提高其强度
4.3采用抗火能力强的结构形式和构件
纯钢结构的耐火性比较差，但可以适当结合混凝土组成混合构件，或在一些关键部位直接采用钢筋混凝土结构。
4.4采用耐火、耐候钢建造钢结构。
耐火、耐候钢是通过合适的技术，增加钢材的特殊成分，使钢材的结构及金相组织发生变化，从而改善钢材内在的耐火性和耐候性。
结语：
钢结构因其具有环保节能、抗震性好、施工速度快等特点，广泛应用于建筑结构中，但是其耐火性能是钢结构的弱点，因此对于钢结构的防火保护成为一个非常关键的问题。本文通过分析钢结构防火特点，基于规范要求，综合探讨了钢结构主动和被动防火方法。在进行钢结构设计和施工时，可以根据工程的实际环境和建筑功能，根据规范要求设定防火等级，选用合理的防火方法，保证钢结构建筑的防火性能。
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