淺談高層及超高層鋼結構建筑的防火措施

李奇隆　王乾任

摘 要：由于鋼材強度高、自重輕、延性韌性好等優點，鋼結構被廣泛地應用于高層、超高層建筑中，但是又面臨鋼結構不耐火的一個難題。因此，探討高層、超高層鋼結構建筑的防火措施，并指出相應的適用范圍、優缺點，具有很重大的工程意義和社會價值，能有效地減少人員傷亡和財產損失，為工程實踐提供科學的指導和可靠的依據。

關鍵詞：高層、超高層鋼結構建筑；耐火問題；防火措施

1 概況

近年來，隨著施工技術和設計理念的成熟，為了有效的利用空間，建筑開始向高層、超高層發展。由于鋼結構的材料強度高、自重輕、穩定性好、施工周期短等優越性，在高層、超高層建筑中被廣泛應用。但是，鋼材的耐火性能極差，當溫度超過一定的范圍時，其承載能力受到極大的影響，當溫度超過600攝氏度時甚至完全喪失承載能力。因此，直接將鋼結構應用于高層、超高層建筑中而不采取必要的防火措施時，勢必會給建筑物發生火災造成重大事故埋下隱患，危機人們的生命財產安全。在高層、超高層建筑中，即使鋼結構的耐火性能較差，但考慮到鋼結構的很多性能優于鋼筋混凝土結構，鋼結構仍然在大跨度、高層及超高層建筑中占有重要的地位。因此，為了減輕火災對鋼結構承載能力的影響，為人們提供足夠的逃生時間，減少火災造成的損失，在高層、超高層鋼結構建筑中采用有效的防火措施具有重要的意義。

2 鋼結構的防火措施

采用絕熱或吸熱的材料或方法降低熱量向鋼結構傳遞和積累的速度，推遲鋼結構升溫和降低強度的時間，為消防滅火和人員逃生提供充足的時間，這是鋼結構防火的主要理念和根本目標。至今為止，鋼結構的防火保護方法有很多種，但是從防火原理上可以分為截流法和疏導法兩種。

2.1 截流法與疏導法的區別

截流法和疏導法最根本的區別在于它們的防火原理不同：截流法的基本原理是截斷或阻滯火災產生的熱量傳到鋼結構構件上，使其在規定時間內溫度不超過臨界溫度；疏導法的基本原理是允許熱量傳到鋼結構構件上，但可以通過設置的系統將熱量消耗或導走，使構件溫度不超過臨界溫度，從而起到保護的作用。由于兩者的基本原理不同，必然具體的保護方法有所差異。截流法具體方法是在鋼結構構件表面設置一層或多層保護材料，火災發生時產生的高溫首先傳給這些保護材料，然后經由保護材料傳給鋼結構構件。由于保護材料的導熱系數一般很小，而熱容量又相對較大，因而能夠有效地阻礙熱量向鋼構件的傳遞，起到保護作用。疏導法的具體實施方法是在空心密閉的鋼構件（主要是柱構件）中充滿水，火災發生時構件將熱量傳遞給水，依靠水的蒸發和循環系統將熱量消耗或導走，使得鋼結構構件的溫度控制在100攝氏度左右，保護構件不喪失承載能力。

2.2 截流法

截流法根據保護材料、施工工藝和適用性等的不同，可以分為水噴淋法、噴涂法、包封法、屏蔽法。以下就各種方法具體說明其各自的使用特點和區別。

1.水噴淋法：水噴淋法是在鋼結構頂部設置噴淋供水管網，火災發生時

自動（或手動）噴水滅火，在構件表面形成一層致密的連續流動的水膜，從而起到保護鋼結構構件的作用。

2.噴涂法：噴涂法是在鋼結構構件表面用噴涂機具噴涂防火涂料，形成防火保護層。鋼結構的防火涂料的種類繁多，主要可以分為兩類：薄涂型防火涂料（B類）和厚涂型防火涂料（H型），分別又稱為鋼結構膨脹防火涂料（TN-LB型、SB-2型等）和鋼結構防火隔熱材料（LG型、SG-2型等）。并且，噴涂場地要求、構件表面處理、接縫填補、涂料配制、噴涂次數、質量控制及驗收等應符合《鋼結構防火涂料應用技術規程》的相關規定。

3.包封法：包封法是最常見也是最基本的鋼結構的保護方法，采用耐火材料將鋼構件包裹，包封材料有防火板材、陶?；炷?、磚、鋼絲網抹灰粉刷等。如果采用石膏板、蛭石板、珍珠巖板、硅酸鈣板等硬質防火板材包封鋼構件，應該用粘結劑或鋼件將板材固定。如果采用礦棉、巖棉等軟質板材包封鋼構件時，應該用薄金屬板或其他不燃性板材將其包裹起來。

4.屏蔽法：屏蔽法是將鋼構件包在耐火材料組成的墻體或者吊頂內，主要應用于鋼結構屋蓋系統的保護。屏蔽法中的保護材料與鋼構件之間有一定的空間，因而在吊頂的空洞和接縫處應嚴密，以防串火。

目前，噴涂法和包封法是最常用的防火保護方法。主要是因為：噴涂法施工簡單，不需要復雜的工具就可以施工，重量輕，造價較低，同時不受構件的幾何形狀的限制；包封法采用導熱系數小、熱容量大的防火板材保護鋼構件，雖然施工復雜，較噴涂法有一定的限制，但在某些方面具有獨到的優勢。例如將鋼構件和混凝土結合，適當改變結構形式，便能形成鋼混結構。而且隨著國內外新型防火板材的研制，包封法的優勢逐漸體現出來：耐火性能好，耐火極限高；性能穩定，持久可靠；安全性好；經濟效益好等。

2.3 疏導法

疏導法雖然在我國尚未采用過，但在美國的薩斯州銀行大廈和匹茲堡鋼鐵公司大廈得到了很好的應用。相比于截流法，疏導法的具體方法較為單一，目前在國內外僅有充水冷卻一種。從理論上來講，充水冷卻是保護鋼結構最有效的方法。通過充填在鋼構件中的水消耗或導走火災產生的熱量，是鋼結構構件的溫度始終維持在合適的溫度范圍內，保證結構的強度、剛度、穩定性等。冷卻水可以通過高位水箱或供水管網、消防車來補充維持，蒸汽則經由專門設置的排氣口排出。除此，為了防止銹蝕和低溫造成結冰，水中應該加入阻銹劑和防凍劑。一般而言，單根柱可以自成水的冷卻系統，也可以多根柱子聯通成一個系統，視具體情況而定。雖然疏導法較截流法有效，但是由于經濟和技術等原因，目前還是主要采用截流法。

3 總結

通過探討高層、超高層鋼結構建筑的防火保護措施，比較各種方法的優劣和使用范圍，發現目前主要采用截流法中的噴涂法和包封法。噴涂法不受鋼構件形狀的限制，施工方便，特別適合輕鋼結構、網架結構和異性鋼結構的防火，是目前應用最多的鋼結構防火保護方法。但是隨著經濟技術的發展，包封法的優勢也不斷得到補充，在某些方面較噴涂法優越。因此，在高層、超高層建筑中具體采用哪種防火措施，應該綜合考慮建筑物的結構、施工技術水平、成本和經濟效益、火災發生的概率、建筑的重要程度等因素，選擇最適合的防火措施。

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