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摘要：

結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)，分析了提升鋼結(jié)構(gòu)耐火性能的主要措施，介紹了鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的類別與選用原則，并針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)防火涂料在使用中存在的問題，提出了具體的解決策略，從而提高鋼結(jié)構(gòu)建筑的安全性。

關(guān)鍵詞：

鋼結(jié)構(gòu)；耐火性能；防火涂料

0引言

鋼結(jié)構(gòu)主要由鋼柱、鋼梁等結(jié)構(gòu)組成，通常采用的是焊縫、柳鋼釘、螺栓等結(jié)構(gòu)方式。房屋的骨架結(jié)構(gòu)使用鋼材作為建筑材料，其主要性能特點(diǎn)是耐磨耐久、重量比較輕、安全便捷和工期短等優(yōu)勢(shì)。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，我國(guó)的鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)不斷進(jìn)步，其應(yīng)用范圍也比較廣泛，比如商務(wù)大廈、酒店、圖書館、工業(yè)建筑等多功能建筑物。超高層在建設(shè)過程中，采用鋼結(jié)構(gòu)是必然的，這主要是混凝土結(jié)構(gòu)太重，會(huì)影響到建筑荷載;采用鋼結(jié)構(gòu)自身結(jié)構(gòu)較輕，能夠托起更多的承重量。

1鋼結(jié)構(gòu)建筑耐火性能的分析

鋼結(jié)構(gòu)雖然不具備燃燒性能，但是導(dǎo)熱性能非常好，自然狀態(tài)下導(dǎo)熱率高達(dá)58．2W/(m•K)。如果鋼結(jié)構(gòu)遭遇火災(zāi)影響，鋼構(gòu)件溫度超過200℃后強(qiáng)度開始減弱，溫度達(dá)到350℃，500℃，600℃時(shí)，強(qiáng)度分別下降1/3，1/2和2/3，到500℃左右，其強(qiáng)度下降到40%～50%，當(dāng)溫度超過700℃時(shí)，構(gòu)件強(qiáng)度要減少90%以上。通常情況下，火災(zāi)發(fā)生5min時(shí)間內(nèi)，火場(chǎng)中的高溫會(huì)上升到55℃。最典型的就是美國(guó)“9•11”事件，導(dǎo)致世貿(mào)大樓出現(xiàn)垮塌原因主要是受到高溫烘烤而倒塌的。鋼結(jié)構(gòu)因?yàn)槭軣嶙冃尉薮?，而自身重量卻較重，就出現(xiàn)了垮塌現(xiàn)象。依據(jù)GB50016—2014建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范5．1．2條規(guī)定:針對(duì)耐火等級(jí)為二級(jí)的民用建筑，它們的柱梁以及模板和屋頂承重結(jié)構(gòu)的耐火級(jí)別，不能小于2．50h，1．50h，1．00h。當(dāng)前，我們新建的無(wú)論是民用還是工業(yè)建筑耐火等級(jí)均要求在二級(jí)以上。而試驗(yàn)表明:如果鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)完成后，沒有布置任何的防火設(shè)施，經(jīng)過0．25h火燒后，就會(huì)出現(xiàn)大面積變形，因此，鋼結(jié)構(gòu)的防火性能研究，主要是對(duì)于其如何進(jìn)行防火保護(hù)入手，其實(shí)際效果具有非常好的推廣意義。

2提升鋼結(jié)構(gòu)耐火性能的主要措施

如果建筑物采用的鋼結(jié)構(gòu)作為主要支撐結(jié)構(gòu)，則必須要進(jìn)行必要的防火措施，以保證在高溫下性能不被改變。根據(jù)國(guó)內(nèi)外大量經(jīng)驗(yàn)總結(jié)得出，主要有如下幾種方法。

2．1鋼結(jié)構(gòu)外表面均勻涂抹混凝土或者耐火磚

鋼梁、鋼柱的主要防火措施是在其結(jié)構(gòu)的外部纏繞一些鋼絲后，再涂抹一層混凝土，鋼結(jié)構(gòu)外表面就用混凝土外墻或者使用耐火磚將鋼構(gòu)件完全封閉起來(lái)，以對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)。單由于保護(hù)層太厚，就會(huì)增加建筑的荷載力，因此，在當(dāng)前的建設(shè)過程中，使用并不是非常廣泛。

2．2使用防火板對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行“包裝”

使用一些不燃材料進(jìn)行包裝，比如水泥板、石膏板以及硅酸鈣板等。防火板直接置于火災(zāi)高溫中。但是，在我國(guó)當(dāng)前建筑過程中，防火板的應(yīng)用處于啟始階段，在應(yīng)用的過程中該類應(yīng)用方式運(yùn)用較少。

2．3水冷卻法

水冷卻法包含多個(gè)方面，其中以水噴淋和疏導(dǎo)兩種方法應(yīng)用最為廣泛。水噴淋方法的主要內(nèi)容是在鋼結(jié)構(gòu)頂部設(shè)置一些噴淋設(shè)施，與市政網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系起來(lái)，一旦發(fā)生火情，自動(dòng)或者手動(dòng)噴灑水，在鋼構(gòu)件外側(cè)形成一個(gè)完整的水膜，達(dá)到降溫的效果。疏導(dǎo)方法指的是將傳遞到鋼結(jié)構(gòu)件上的溫度通過一定的方法及時(shí)傳導(dǎo)出去，保證鋼結(jié)構(gòu)件的溫度不會(huì)達(dá)到其極限溫度，進(jìn)而保護(hù)其不備損壞。雖然水冷卻法從技術(shù)上可行性較強(qiáng)，但是實(shí)際工作中使用的數(shù)量非常少。

2．4表面噴涂防火材料

在鋼結(jié)構(gòu)外表面涂上一層具有防火性能的材料，從而將鋼結(jié)構(gòu)件與外界火源隔離開，避免其受到外部熱源的傷害，也就保證其不會(huì)出現(xiàn)大面積塌陷現(xiàn)象。上述四種方法比較得出，噴涂防火涂料的方法施工最簡(jiǎn)便，成本低廉，可以根據(jù)構(gòu)件不同進(jìn)行工作，使用范圍比較廣，工程效率也比較高。所以，本文將重點(diǎn)以噴涂防火涂料作為主要研究對(duì)象，總結(jié)出最佳的防火方案。

3鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的運(yùn)用

3．1防火涂料的類別鋼結(jié)構(gòu)

防火涂料的種類非常多，但是可以大致概括為:以無(wú)機(jī)材料為主的厚型非膨脹涂料、有機(jī)材料為主要組成的薄型涂料以及超薄型膨脹涂料等三種。厚型非膨脹涂料的噴涂厚度一般在10mm～40mm，耐火極限可達(dá)0．5h，甚至需要更長(zhǎng)時(shí)間。厚型防火涂料的主要成分一般是無(wú)機(jī)材料，由于其防火性能極佳，且經(jīng)過大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出，其可靠性較強(qiáng)，但是整體質(zhì)量較高，涂料的顆粒也比較大，外表面不美觀，造成整體建筑物外形不能達(dá)到工程要求，所以此種方法通常使用在不暴露在外的表面上。薄型膨脹涂料，其通常情況下的厚度在3mm～10mm之間，該種材料受熱后會(huì)膨脹，進(jìn)行在其表面形成一個(gè)耐火層，防止鋼結(jié)構(gòu)表面溫度過高，保護(hù)其不被損壞。這種涂料一般使用的是乳膠聚合物再加之阻燃劑和添加劑而成。超薄型涂料主要是指厚度在3mm的涂料，其在受外界熱量影響時(shí)，會(huì)形成一個(gè)外表隔熱層，是近年來(lái)才發(fā)明的新技術(shù)。其可以選擇噴涂、刷涂或者滾涂的施工方式，多用在耐火不超過2h的鋼結(jié)構(gòu)上。與其他兩種材料相比較來(lái)說，其更具有粘度細(xì)、使用便捷以及外觀非常美觀等優(yōu)點(diǎn)。

3．2鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的品種選用

CECS200∶2006建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范第9．1．3條規(guī)定，鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)如何選擇防火涂料，遵循以下幾個(gè)條件:

1)高層建筑或者其他隱藏的位置，必須保證耐火極限在1．5h以上，一般使用非膨脹型防火涂料。

2)室內(nèi)或者其他需要裝修的部分，可以選擇耐火極限在1．5h以內(nèi)的，多選擇膨脹型涂料。

3)如果要求耐火極限必須在1．5h以上時(shí)，或者室內(nèi)的建筑結(jié)構(gòu)，此時(shí)不應(yīng)選擇膨脹型防火涂料。

4)露天建筑應(yīng)根據(jù)環(huán)境選擇防火涂料，并且在施工完成后的一年內(nèi)，涂料性能不會(huì)因?yàn)榄h(huán)境的侵蝕受到限制。

5)復(fù)層涂料混合使用，底層必須能夠與防銹漆搭配使用，增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的防銹功能。

6)膨脹型防火涂料在開始使用前，必須經(jīng)過嚴(yán)格的耐火試驗(yàn)，確定合格后方能進(jìn)行使用。CECS24∶90鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范規(guī)定，應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)和防火涂料時(shí)，應(yīng)遵循以下幾個(gè)方面:

1)室內(nèi)外露結(jié)構(gòu)或者有裝飾性要求的結(jié)構(gòu)部分，要選在耐火性能在1．5h或者以下的，通常使用的是薄型防火涂料。

2)室內(nèi)隱蔽結(jié)構(gòu)、高層建筑或者工業(yè)廠房，一般選擇耐火極限超過1．5h的防火涂料，一般是厚型涂料。

3)露天結(jié)構(gòu)要選擇能夠在外部使用的涂料。不管依據(jù)什么原則選擇防火涂料，都應(yīng)該遵循以下原則:

1)使用安全，無(wú)毒無(wú)害;

2)與鋼結(jié)構(gòu)部分融合在一起;

3)選擇能夠達(dá)到結(jié)構(gòu)預(yù)定的耐火極限;

4)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件遇火發(fā)生變形后，防火涂料還應(yīng)該保持原有形態(tài)，性能不會(huì)發(fā)生變化;

5)有效降低工程成本。

4鋼結(jié)構(gòu)防火涂料使用問題

4．1市場(chǎng)亂象多，不合格產(chǎn)品猖獗

就目前來(lái)說，鋼結(jié)構(gòu)防火涂料市場(chǎng)非?；靵y，存在大量的不合格產(chǎn)品，當(dāng)這些產(chǎn)品流入到建筑工程中時(shí)，必然會(huì)造成非常嚴(yán)重的后果。因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)涂料的驗(yàn)證時(shí)間非常長(zhǎng)，投入資金比較多，風(fēng)險(xiǎn)也比較大，所以在工程驗(yàn)收時(shí)，通常是進(jìn)行涂料的厚度檢測(cè)。因此，當(dāng)生產(chǎn)、銷售企業(yè)將樣品送到國(guó)家防火檢測(cè)中心檢測(cè)時(shí)，往往與其銷售的產(chǎn)品完全不同。市場(chǎng)管理機(jī)制也存在很大的缺陷，對(duì)于那些生產(chǎn)、銷售不合格產(chǎn)品的企業(yè)懲罰力度不夠，違法成本低。目前很多地方在工程驗(yàn)收時(shí)，都要求其提供具有國(guó)家檢測(cè)資質(zhì)的防火涂料檢測(cè)報(bào)告，但是因?yàn)闄z測(cè)部門利益關(guān)系，并沒有根據(jù)國(guó)家規(guī)定進(jìn)行檢測(cè)，無(wú)論是檢測(cè)樣品、數(shù)量還是種類，都存在較大偏差，有的檢測(cè)機(jī)構(gòu)還會(huì)提供一些虛假報(bào)告。

4．2偷工減料，給工程帶來(lái)安全隱患

鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的耐火性能與其噴涂厚度有著很大關(guān)系，在進(jìn)行施工時(shí)，必須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)噴涂，保證其能夠達(dá)到國(guó)家規(guī)定的防火標(biāo)準(zhǔn)。如果在進(jìn)行建筑物裝修時(shí)破壞了防火涂料，必須要進(jìn)行補(bǔ)救措施，保證其達(dá)到預(yù)定效果。目前市場(chǎng)上包工包料的涂料價(jià)格在20元/m2～60元/m2都有，價(jià)格低廉的部分必然存在偷工減料、以次充好的現(xiàn)象。

5鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收

在實(shí)踐過程中，為了能夠保證鋼結(jié)構(gòu)防火涂料使用要求，能夠滿足《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的相應(yīng)規(guī)定，在實(shí)踐過程中，除抓好防火涂料的生產(chǎn)，銷售源頭管控以外，做好施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)督驗(yàn)收也非常重要，相關(guān)單位和部門應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收，保證質(zhì)量達(dá)標(biāo)。對(duì)工程驗(yàn)收時(shí)，應(yīng)遵循以下幾個(gè)方面。

5．1薄型防火涂料的具體要求

1)厚度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

2)無(wú)漏涂、裂縫等現(xiàn)象，如果出現(xiàn)裂縫，寬度必須保證在0．5mm以內(nèi)。3)涂層應(yīng)牢固附著在鋼結(jié)構(gòu)表面，無(wú)鼓包、脫層現(xiàn)象。

4)涂層外觀符合要求，表面平整度較高。

5．2厚涂層涂料必須遵循的要求

1)涂層厚度符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。如果厚度不達(dá)標(biāo)，必須保證達(dá)到在規(guī)定范圍的85%，同時(shí)長(zhǎng)度范圍不能超過1m，間隔5m范圍內(nèi)不能出現(xiàn)相同的地區(qū)。

2)涂層接縫部門嚴(yán)密，鋼結(jié)構(gòu)部分無(wú)裸露。

3)涂層施工完畢后不能有裂縫，如果存在，其寬度應(yīng)控制在1mm范圍內(nèi)。

4)涂層與內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)結(jié)合牢固，無(wú)鼓包和松散現(xiàn)象。

5)涂層表面無(wú)乳突。有具體外觀要求時(shí)，應(yīng)保證外觀美觀，母線不直度和失圓度必須控制在8mm以內(nèi)。

6結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，在建筑領(lǐng)域中，鋼結(jié)構(gòu)已成為建設(shè)的重要組成內(nèi)容，并且隨著建筑高度的不斷升高，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，而為了能夠提升公共安全性能，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的防火性能進(jìn)行研究，已然成為當(dāng)前建筑工程師需要解決的問題。在實(shí)踐過程中，不管我們是鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的生產(chǎn)者、銷售者，還是使用方、施工方，尤其是監(jiān)管和驗(yàn)收部門，在工作的過程中，需要本著對(duì)人民群眾生命和財(cái)產(chǎn)高度安全的態(tài)度嚴(yán)格把關(guān)，確保施工質(zhì)量。

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作者:趙培仁 單位:山西省公安消防總隊(duì)培訓(xùn)基地