一、建筑鋼結構發展的新契機

建筑鋼結構自面世以來，因其相對于傳統建筑材料的諸多優點而被廣泛應用到建筑結構中。隨著我國鋼產量逐年增加并連續多年穩居世界第一，鋼結構在我國得到了快速發展。目前鋼結構主要應用于大跨度以及超高層等能充分顯示其優勢的結構體系中，而在其他類型建筑，如住宅、商業建筑中應用偏少。

2016年《政府工作報告》明確提出“積極推廣綠色建筑和建材，大力發展鋼結構和裝配式建筑，提高建筑工程標準和質量······”；北京市《關于加快發展裝配式建筑的實施意見》“鼓勵學校、醫院、體育館、商場、寫字樓等新建公共建筑優先采用鋼結構建筑，其中政府投資的單體地上建筑面積1萬平米（含）以上的新建公共建筑應采用鋼結構建筑”。鋼結構是綠色環保和最適合裝配的結構材料，在建筑工業化浪潮及鋼鐵行業“去庫存”的大環境下，如何沖破桎梏，發揮其優勢，造福社會，是擺在從業人員面前的一個課題。

二、鋼結構建筑的火災危險性

鋼結構在火災中的表現是由鋼材的物理性能決定的。根據研究，在200℃以下，其強度折減不多，甚至在某個區間還有一定程度的升高；在高于200℃的情況下其強度隨著火場溫度升高迅速下降，600~800℃時，幾乎徹底喪失承載能力?；饒鰷囟纫话憔?00~1000℃以上，如下圖1所示，無防護的裸露鋼結構會在15min后失效。

圖1 高溫下鋼材強度的折減系數與升溫曲線圖

鋼材的失效極易造成建筑物的倒塌，內蒙古張拉膜無防護或防護不到位的鋼結構建筑一旦發生火災往往造成特大惡性事故。1998年北京某家具城火災造成1.3萬平米鋼結構全部倒塌；2003年青島某食品加工廠火災，鋼屋架倒塌導致未能及時疏散的幾十名員工死亡；······因此，做好鋼結構防火保護工作，對于保障生命財產安全，杜絕惡性事故的發生具有十分重要的現實意義。

圖2 火災下鋼結構失效（以上圖示）

三、建筑防火設計規范明確要求

鑒于近年來的火災教訓，2015年出臺了新版《建筑防火設計規范》，在規范修訂時取消了鋼結構等金屬結構件可以不采取防火保護措施的有關規定，也就是說從2015年5月1日新規執行開始，所有的鋼結構等金屬構件均需使用防火保護。

目前在鋼構建筑防火保護上，仍有大量的建筑并未按新規執行，對金屬構件進行防火保護處理，也就是說是違反規范及標準規定的。如若該類建筑因意外發生火災事故，則設計及施工單位則需罪責難逃了。規范變了，不管設計或者是施工單位都應及時跟進新規范及標準要求。

圖3：2015版新《建筑防火設計規范》

圖4：2006版舊《建筑防火設計規范》，已失效

圖5：新規范關于鋼結構建筑防火設計部分解讀

四、鋼結構建筑的防火保護

鋼結構建筑的防火措施分為主動防火和被動防火。主動防火主要指結合火災探測而進行的主動滅火措施，改變火災現場的行為，如噴淋裝置和消防員的滅火行為等；被動防火主要指在結構設計和構造措施上采取合理措施，張拉膜提高結構的抗火性能，并不改變火災火場。主要介紹下被動防火保護，被動防火保護主要分為以下5類：

1）包敷法防火

包敷法主要是用固體耐火的材料將鋼結構整體徹底包起來。固體的耐火材料不但有不燃性，還有較大熱容量，將它用作耐火的保護層就能讓構件升溫減緩。目前，工程中一般多采用無機防火板，比如使用硅酸鈣板、石膏板、蛭石板等。此方法主要用于形狀規則的梁、柱等構件、對落灰潔凈度要求極高的制藥車間以及低、多層輕鋼結構房屋中。

圖6 包封法防火案例（以上圖示）

2）噴涂法防火

所謂的噴涂法，就是在鋼結構的表面上涂一層防火的涂料，進而讓鋼結構上形成一層保護膜，利用材料本身的防火性或者發泡產生的致密絕熱、隔熱保護層，延緩鋼結構溫升時間，提高鋼結構構件的耐火極限。

圖7 防火涂料施工及噴涂后效果（以上圖示）

按不同方式，防火涂料的分類如下圖8所示。在工程開發應用中，主要按涂層厚度分為厚涂型防火涂料、薄涂型防火涂料及超薄型防火涂料。

圖8 鋼結構防火涂料分類（以上圖示）

表1 不同防火涂料性能

由上表可知，在工程應用時，防護時間2小時以上時，如高層建筑中的鋼柱，只能選用厚涂型，其它情況可以根據項目情況選擇厚、薄或者超薄型噴涂。由于組成材料的不同，薄涂型、超薄型防火涂料在火災下會分解出有毒有害氣體，對火場人員及消防員產生危害。因此，如無特殊要求，均建議選用厚涂型。

3）屏蔽法防火

屏蔽法通常用于鋼屋蓋的防火，通過屋蓋下的耐火吊頂來延緩下部火災造成鋼屋蓋的升溫。屏蔽法造價高，占用較大的建筑空間，膜結構且由于接縫處竄火等問題，工程應用不多。

圖9 屏蔽法防火（以上圖示）

4）充水冷卻法防火

鋼結構的充水冷卻，就是往空心的封閉柱中充滿水，出現火災的時候，構件就會將從火中吸收來的熱量轉給柱中的水，從而使構件溫度保持到100℃左右。這是理論上最為理想的防火保護方法，但在實際中由于使用管結構較少，且循環系統造價高，須考慮防銹防凍等問題，因而在實際中應用很少。

5）耐火鋼

耐火鋼是通過在結構鋼中加入鉬等合金元素，從而使鋼材在規定的耐火時間內保持較高的強度。無涂覆防火層時能達到耐火等級4級梁的耐火極限，其它情況時需配合防火涂料等防火措施，但防火涂層厚度可大大減少，減少防火造價。國家大劇院即成功應用了武鋼生產的耐火鋼，既保證了防火安全，又實現了建筑師對美的追求。

各種防火措施的對比分析

根據各種防火措施施工難易程度、適用范圍、造價等因素，其優缺點對比可總結為如下表2所示，得分最高的為五星，最低為一星。

由于耐火鋼目前尚處于研究推廣階段，且除四級鋼梁外，耐火鋼仍需附加其它防火措施，故目前工程應用不多。

屏蔽法和充水冷卻法由于適用范圍小，工程應用較少，特別是充水冷卻法，應用案例更是少見。目前常用的鋼結構防火措施主要為包敷法和噴涂法。如表2所示，綜合考慮工期、異形截面處理難度、占用建筑空間等因素，在多、高層公共建筑中絕大多數采用的是噴涂防火涂料的方法。