钢结构防火 钢结构防火要求
点击数：1420 更新时间：2005-1-13
钢材是一种不会燃烧的建筑材料，它具有抗震、抗弯等特性。在实际应用中，钢材既可以相对增加建筑物的荷载能力，也可以满足建筑设计美感造型的需要，还避免了混凝土等建筑材料不能弯曲、拉伸的缺陷，因此钢材受到了建筑行业的青睐，单层、多层、摩天大楼，厂房、库房、候车室、候机厅等采用钢材都很普遍。但是，钢材作为建筑材料在防火方面又存在一些难以避免的缺陷，它的机械性能，如屈服点、抗拉及弹性模量等均会因温度的升高而急剧下降。
钢结构通常在450～650℃温度中就会失去承载能力，发生很大的形变，导致钢柱、钢梁弯曲，结果因过大的形变而不能继续使用，一般不加保护的钢结构的耐火极限为15分钟左右。这一时间的长短还与构件吸热的速度有关。
要使钢结构材料在实际应用中克服防火方面的不足，必须进行防火处理，其目的就是将钢结构的耐火极限提高到设计规范规定的极限范围。防止钢结构在火灾中迅速升温发生形变塌落，其措施是多种多样的，关键是要根据不同情况采取不同方法，如采用绝热、耐火材料阻隔火焰直接灼烧钢结构，降低热量传递的速度推迟钢结构温升、强度变弱的时间等。但无论采取何种方法，其原理是一致的。下面介绍几种不同钢结构的防火保护措施。
一、外包层。就是在钢结构外表添加外包层，可以现浇成型，也可以采用喷涂法。现浇成型的实体混凝土外包层通常用钢丝网或钢筋来加强，以限制收缩裂缝，并保证外壳的强度。喷涂法可以在施工现场对钢结构表面涂抹砂泵以形成保护层，砂泵可以是石灰水泥或是石膏砂浆，也可以掺入珍珠岩或石棉。同时外包层也可以用珍珠岩、石棉、石膏或石棉水泥、轻混凝土做成预制板，采用胶粘剂、钉子、螺栓固定在钢结构上。
二、充水(水套)。空心型钢结构内充水是抵御火灾最有效的防护措施。这种方法能使钢结构在火灾中保持较低的温度，水在钢结构内循环，吸收材料本身受热的热量。受热的水经冷却后可以进行再循环，或由管道引入凉水来取代受热的水。
三、屏蔽。钢结构设置在耐火材料组成的墙体或顶棚内，或将构件包藏在两片墙之间的空隙里，只要增加少许耐火材料或不增加即能达到防火的目的。这是一种最为经济的防火方法。
四、膨胀材料。采用钢结构防火涂料保护构件，这种方法具有防火隔热性能好、施工不受钢结构几何形体限制等优点，一般不需要添加辅助设施，且涂层质量轻，还有一定的美观装饰作用，属于现代的先进防火技术措施。
目前，高层钢结构建筑日趋增多，尤其是一些超高层建筑，采用钢结构材料更为广泛。高层建筑一旦发生火灾事故，火不是在短时间内就能扑灭的，这就要求我们在建筑设计时，加大对建筑材料的防火保护，以增强其耐火极限，并在建筑内部制订必要的应急方案，以减少人员伤亡和财产损失
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根据《高层民用建筑设计防火规范》的规定，防火等级为一级时，构件的耐火时间要求为，柱：3小时、梁：2小时、楼板：1.5小时；防火等级为二级时，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。对防火涂料而言，一般薄型防火涂料的耐火时间不超过1.5小时，超过1.5小时应采用厚型防火涂料。
钢构件的防火可采用外包混凝土（或砌筑砖块法）、防火涂料、防火板包覆和复合结构几种方式防火板又可分为防火厚度板和薄板，防火厚度板厚度为20～50MM，主要有硅酸钙防火板和膨胀蛀石放火板，主要品种有KB板、CF板；防火薄板厚度在6～15MM之间，主要品种有短纤维增强水泥压力板、纤维增强的普通硅酸钙板及玻璃布增强无机板。
众所周知，钢结构通常在450℃～650℃的温度中就会失去承载能力，发生很大的形变，导致钢柱、钢梁弯曲，结果因过大的形变而不能继续使用，一般不加保护的钢结构的耐火极限为15分钟左右。
所以钢结构防火等级为二级时，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。钢结构可采用外包混凝土（或砌筑砖块法）、防火涂料、防火板包覆和复合结构几种方式达到所要求的耐火极限时间。
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国家标准《建筑设计防火规范》中对建筑物的耐火等级、燃烧性能及相应的建筑物应达到的耐火极限的规定。
钢结构防火要求~
1，等效热阻是标准耐火试验得到的一个防火涂料特性值，见GB51249-2017基本公式5.3.1和5.3.2。大意是标准试件在指定荷载下，内部温度由20°C升到540°C时，刷涂一定厚度某涂料时的耐火时间对应的一个值就是等效热阻。标准耐火试验中，涂料性能越好或刷涂厚度越大，则等效热阻值越大。
2，等效热阻和标准耐火试验中标准试件(工36b)的耐火极限(耐火时间)为一一对应关系, 即等效热阻为0.0952时，耐火试验中试件的耐火极限为60min, 等效热阻为0.3165时，耐火试验中试件的耐火极限为150min........
3，截面形状系数是截面表面积与体积之比，大意是相同防火刷涂厚度下，构件形状系数越大，升温越快(耐火时间越短)。
4，相同防火刷涂厚度、相同截面的构件，构件受力越大，耐火极限越短。具体见GB51249-2017第七章。
5，对于厚型涂料，设计需提出耐火极限，以及涂料厚度和等效热传导系数两项指标(等效热阻= 涂料厚度/等效热传导系数) 。对于薄型涂料，设计仅提出耐火极限和等效热阻即可。见GB51249-2017基本公式5.3.1和5.3.2。
6，目前常见防火设计思路大概是：对同一种耐火极限的构件，假定等效热阻后，软件前处理计算各构件的形状系数和临界温度，软件计算分析中考虑构件内力按承载力法及临界温度法计算，后处理中显示不足构件(构件形状系数大且受力较大的构件)。提高等效热阻后，再次计算，直至最不利构件满足为止(此时其余大部分构件计算均有富裕)。
二、常见设计、检验中问题
问题1：设计文件中，只提出要求耐火极限大于XX小时，要求标准耐火试验的耐火时间大于XX小时，对不对？
答：不对。因为耐火试验的构件采用工36b,形状系数142.1。按标准耐火试验的耐火时间所确定的厚度刷涂，会导致实际工程中形状系数大于工36b且受力较大的构件刷涂厚度不足(比如某构件形状系数200，则按工36b标准试验得到的等效热阻会小于某构件经计算所需的最低等效热阻)。
问题2：设计文件中，提出要求耐火极限大于XX小时，同时要求刷涂厚度XXmm，未要求等效热阻，对不对？
答：不对。道理同问题1，会导致实际工程中形状系数大于工36b且受力较大的构件刷涂厚度不足。举例如下：
实际工程中构件甲，设计耐火极限1h，按等效热阻为0.1计算时，防火计算满足。
标准耐火试验中涂料厚度0.9mm，耐火时间60min,等效热阻为0.0952。虽然试件耐火时间60min满足要求，但等效热阻为0.0952<计算热阻0.1，构件甲按此厚度0.9mm刷涂，不能满足设计要求。
标准耐火试验中刷涂厚度1.1mm，耐火时间75min,等效热阻0.1085>计算热阻0.1。构件甲按此厚度刷涂，满足。即该型号的涂料，按试验耐火时间达到75min(注意不是60min)时的刷涂厚度1.1mm，方满足实际工程中构件甲设计耐火极限1h的要求。
问题3：防火涂料型式报告，只提供标准耐火试验的耐火时间，不提供等效热阻，对不对？
答：不对。道理同问题2，会导致形状系数大于工36b且受力较大的构件刷涂厚度不足。比如某工程采用薄壁构件(形状系数较大)，其耐火极限要求1h，在标准耐火试验中，标准试件耐火时间需超过1h才能满足(为达到设计等效热阻)。
1，等效热阻是标准耐火试验得到的一个防火涂料特性值，见GB51249-2017基本公式5.3.1和5.3.2。大意是标准试件在指定荷载下，内部温度由20°C升到540°C时，刷涂一定厚度某涂料时的耐火时间对应的一个值就是等效热阻。标准耐火试验中，涂料性能越好或刷涂厚度越大，则等效热阻值越大。
2，等效热阻和标准耐火试验中标准试件(工36b)的耐火极限(耐火时间)为一一对应关系, 即等效热阻为0.0952时，耐火试验中试件的耐火极限为60min, 等效热阻为0.3165时，耐火试验中试件的耐火极限为150min........
3，截面形状系数是截面表面积与体积之比，大意是相同防火刷涂厚度下，构件形状系数越大，升温越快(耐火时间越短)。
4，相同防火刷涂厚度、相同截面的构件，构件受力越大，耐火极限越短。具体见GB51249-2017第七章。
5，对于厚型涂料，设计需提出耐火极限，以及涂料厚度和等效热传导系数两项指标(等效热阻= 涂料厚度/等效热传导系数) 。对于薄型涂料，设计仅提出耐火极限和等效热阻即可。见GB51249-2017基本公式5.3.1和5.3.2。
6，目前常见防火设计思路大概是：对同一种耐火极限的构件，假定等效热阻后，软件前处理计算各构件的形状系数和临界温度，软件计算分析中考虑构件内力按承载力法及临界温度法计算，后处理中显示不足构件(构件形状系数大且受力较大的构件)。提高等效热阻后，再次计算，直至最不利构件满足为止(此时其余大部分构件计算均有富裕)。
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二、常见设计、检验中问题
问题1：设计文件中，只提出要求耐火极限大于XX小时，要求标准耐火试验的耐火时间大于XX小时，对不对？
答：不对。因为耐火试验的构件采用工36b,形状系数142.1。按标准耐火试验的耐火时间所确定的厚度刷涂，会导致实际工程中形状系数大于工36b且受力较大的构件刷涂厚度不足(比如某构件形状系数200，则按工36b标准试验得到的等效热阻会小于某构件经计算所需的最低等效热阻)。
问题2：设计文件中，提出要求耐火极限大于XX小时，同时要求刷涂厚度XXmm，未要求等效热阻，对不对？
答：不对。道理同问题1，会导致实际工程中形状系数大于工36b且受力较大的构件刷涂厚度不足。举例如下：
实际工程中构件甲，设计耐火极限1h，按等效热阻为0.1计算时，防火计算满足。
标准耐火试验中涂料厚度0.9mm，耐火时间60min,等效热阻为0.0952。虽然试件耐火时间60min满足要求，但等效热阻为0.0952<计算热阻0.1，构件甲按此厚度0.9mm刷涂，不能满足设计要求。
标准耐火试验中刷涂厚度1.1mm，耐火时间75min,等效热阻0.1085>计算热阻0.1。构件甲按此厚度刷涂，满足。即该型号的涂料，按试验耐火时间达到75min(注意不是60min)时的刷涂厚度1.1mm，方满足实际工程中构件甲设计耐火极限1h的要求。
问题3：防火涂料型式报告，只提供标准耐火试验的耐火时间，不提供等效热阻，对不对？
答：不对。道理同问题2，会导致形状系数大于工36b且受力较大的构件刷涂厚度不足。比如某工程采用薄壁构件(形状系数较大)，其耐火极限要求1h，在标准耐火试验中，标准试件耐火时间需超过1h才能满足(为达到设计等效热阻)。
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