鋼結構建築的防火

鋼結構建築有一個致命弱點：耐火性差。為了在火災中長時間保持鋼結構的強度和剛度，保障人民生命財產安全，實際工程中通常會採取多種防火措施。

不燃燒的鋼結構為什麼需要防火？

鋼是一種不燃燒的建築材料。與混凝土相比，鋼材具有抗震、抗彎等諸多優點。因此，在現代建築中，鋼結構被廣泛採用，不僅可以相對增加建築物的承載能力，而且可以滿足建築設計美學造型的需要，如各種單層或多層廠房、摩天大樓、倉庫、候車室大廳一般採用鋼結構設計。

雖然鋼材不會燃燒，但在高溫下會變形，導致結構倒塌。鋼材作為建築材料，在防火方面存在一些不可避免的缺陷。

一般無防護鋼結構的耐火極限約15分鐘左右。通常，在450~650℃的溫度下，就會失去承載能力，並發生較大變形，導致鋼柱、鋼樑彎曲，甚至結構倒塌。

鋼結構的防火措施

根據防火原理的不同，鋼結構的防火措施分為耐熱法和水冷卻法。

耐熱方法

耐熱方法可分為噴塗法和封裝法。

噴塗方式

一般採用防火塗料塗佈或噴灑在鋼結構表面，形成耐火隔熱保護層，提升鋼結構的耐火極限。

此方法施工方便，重量輕，耐火時間長，且不受鋼構件幾何形狀的限制。具有良好的經濟性和實用性，應用廣泛。

鋼結構防火塗料種類繁多，大致可分為兩類：一類是薄塗層型阻燃塗料（B類），即鋼結構膨脹型阻燃材料；另一類是厚塗層型塗料（H類）。

B級阻燃塗料，塗層厚度一般為2-7mm。基材為有機樹脂，具有一定的裝飾效果，高溫下會膨脹增稠。耐火極限可達0.5~1.5小時。

本發明的薄塗鋼結構防火塗料塗層薄、重量輕、抗振性能好。對於室內裸露鋼結構及輕型屋頂鋼結構，當規定耐火極限為1.5h及以下時，宜採用薄塗鋼結構防火塗料。

H級阻燃塗層的厚度一般為8~50mm ，表面呈顆粒狀。其主要成分為無機隔熱材料，具有低密度和低導熱係數的特性。

耐火極限可達0.5~3.0h。厚塗鋼結構防火塗料一般不燃、抗老化、較耐用。對於室內隱蔽鋼結構、高層全鋼結構及多層廠房鋼結構，當規定耐火極限在1.5h以上時，宜採用厚塗鋼結構防火塗料。 

封裝方式

空心封裝法：採用防火板或耐火磚沿鋼構件外邊界包覆鋼構件。國內石化產業的大多數鋼結構車間都採用這種以耐火磚包覆鋼構件的方法來保護鋼結構。

這種方法的優點是強度高、耐衝擊，缺點是佔用空間大、施工比較麻煩。用作防火外層的纖維增強水泥板、石膏板、蛭石板等耐火輕質板。

大型鋼構件箱包包裝方法具有裝飾表面平整光滑、成本低、損耗小、無環境污染、耐老化等優點，具有良好的推廣前景。

實心包覆法：通常採用澆築混凝土的方式，將鋼構件包覆並完全封閉。其優點是強度高、抗衝擊性強，但缺點是混凝土保護層佔用空間大，施工麻煩，尤其是在鋼樑和斜撐上施工難度高。

水冷方式

水冷方法包括水淋式冷卻法和注水式冷卻法。

水淋降溫方式

噴水冷卻方式是在鋼結構上部設定自動或手動噴水系統。當火災發生時，自動灑水系統啟動，在鋼結構表面形成連續的水膜。當火焰蔓延到鋼結構表面時，水份蒸發並帶走熱量，延緩鋼結構建築達到其極限溫度。

充水冷卻方式

充水冷卻法是將空心鋼構件充滿水。透過水在鋼結構中的循環，吸收鋼材本身的熱量。因此，鋼結構在火災中可以保持較低的溫度，不會因過度加熱而失去承載能力。為了防止生鏽和結冰，請在水中添加防銹劑和防凍劑。

一般來說，耐熱法可以減緩熱量透過耐熱材料傳導到結構部件的速度。耐熱法較經濟實用，在實際工程上廣泛應用。

噴塗法和封裝法在鋼結構防火措施中的優缺點

防火性能

就耐火性能而言，封裝法優於噴塗法。混凝土、耐火磚等封裝材料的耐火性能優於一般防火塗料。

此外，新型防火板的防火性能也優於防火塗料。其耐火等級明顯高於同厚度的鋼結構防火保溫材料，且高於膨脹型防火塗料。

耐久度

由於混凝土等封裝材料具有良好的耐久性，不易隨著時間的推移而導致性能劣化；而耐久性一直是鋼結構防火塗料無法解決的問題。

以有機成分為主的薄型和超薄型防火塗料，無論是在室外或室內使用，都可能有分解、降解、老化等問題。

可施工性

鋼結構防火噴塗法施工簡單，無需複雜工具即可施工。

但防火塗料噴塗法的施工品質較差，且基材的除鏽、防火塗料的塗覆厚度及施工環境的濕度難以控制；封裝法施工較複雜，特別是斜撐和鋼樑，但施工可控性強，品質容易保證。

可以更精確地改變封裝材料的厚度以控制耐火極限。

環保

噴塗方式施工時污染環境，特別是高溫作用下，會揮發有害氣體。此封裝方法在施工、正常使用環境和火災高溫下無有毒物質排放，有利於環境保護和火災中人員安全。

經濟

噴塗法施工簡單、工期短、施工成本低。但防火塗料價格較高，且由於塗料有老化等缺點，維護成本也較高。

封裝方式的施工成本較高，但所用材料便宜，維護成本較低。一般來說，封裝方法較為經濟。

適用性

噴塗法不受構件幾何形狀的限制，多用於梁、柱、樓板、屋頂等構件的防護。特別適用於輕鋼結構、網架結構、異型鋼結構中鋼結構的防火。

封裝法施工較複雜，尤其是鋼樑、斜撐等構件。封裝法一般用於色譜管柱，適用範圍不如噴霧法廣泛。

佔用空間

噴塗法使用的防火塗料體積小，而封裝法使用的封裝材料如混凝土、耐火磚等會佔用空間，減少可使用空間。而且封裝材料的品質也很大。