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摘要：钢结构具有自重轻、强度高、抗震性能好，施工时间短、材料可回收再生等诸多优点，但由于钢材本身不能耐高温的特点，影响了钢结构建筑的安全性，阻碍了钢结构的发展。本文对钢结构的耐火性能做了简单介绍，并在设计以及施工方面提出了提高钢结构耐火性能的相关措施。
关键词：钢结构；耐火性；措施
引言
钢结构具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工进度快、结构占用面积少、工业化程度高等一系列优点，它与混凝土结构相比，环保且更有利于建筑产业化的发展。因而高层、超高层建筑和一些有特殊要求的工业与民用建筑采用钢结构的较多。目前，我国是世界钢产量第一的国家，有关部门正在研究进一步在房屋建筑中扩大钢结构的使用范围。但從防火角度看，钢结构虽然是不燃烧体，但很不耐火。因此提高钢结构的耐火性能是推广钢结构建筑的关键。只有提高钢结构的防火性能才能充分发挥钢结构节能建筑的优势。
1 钢结构的特点
钢结构施工时间短、用于施工的钢结构构件可以是工厂化生产、现场安装，可以大大缩短施工的时间，节约时间；空间大：由于钢材的抗压、抗侧弯强度均为混凝土的1.5 倍，因此在等同强度的条件下可以缩小截面从而增大了有效的空间；可循环利用：钢结构建筑的施工材料可以实现再生利用，这样就减少了大量的建筑垃圾。抗震性能好，由于钢结构属于柔性结构、自重轻，能有效地降低地震响应及灾害的影响程度，有利于抗震。耐火性差：钢材的导热系数远远大于钢筋混凝土的导热系数，其耐火性能也远远差于混凝土结构，当温度达到600℃的时侯，钢结构就会基本丧失其全部的强度和刚度。因此在钢结构建筑中抗火被看做重要一环；耐腐蚀性差：由于钢材表面的铁原子与空气中的氧化合会生成氧化铁锈，锈蚀能够引起应力集中，从而危害钢结构建筑的使用安全，使钢结构建筑寿命减短，因此对钢结构建筑进行有效的防腐措施才能确保其使用时间。
2 材料选择要点
目前，我国建筑钢材一般只用两种，即碳素结构钢和低合金高强度结构钢，其相应的国家标准为《碳素结构钢》(GB700—88)和《低合金高强度结构钢》(GB/T1591—94)。以前常说的三号钢和16Mn 钢就分别属于碳素结构钢和低合金高强度结构钢。钢材应有抗拉，屈服强度和硫、磷含量和碳含量的合格保证。
3 钢结构的耐火性能
钢结构的耐火性能取决于钢材，钢材本身不燃烧，也具有较好的耐热性，但是钢材不耐高温，随着温度的升高，钢材的强度是呈下降趋势的，同时变形增大。在200℃以内，钢材性能没有很大变化：430℃～540℃之间强度急剧下降；600℃时强度很低不能承担荷载。
基于钢材的这种物理性能，在火灾发生时，当温度达到450℃～650℃时钢结构就会失去承载能力，发生很大的形变，导致钢柱、钢梁弯曲，结果因变形过大而不能继续工作，甚至垮塌。
一旦遇到高温，钢结构构件的变形甚至失效是无法避免的，我们只能尽可能的提高它的耐火极限，使钢结构不至于在发生火灾后立即失效倒塌。根据实验室测得的数据，常用钢结构构件的耐火极限只有15～30min。在国家标准《建筑设计防火规范》(GBJ16-87)、《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-95)中规定一级耐火等级建筑的防火墙、柱和承重墙、楼梯间墙及梁的耐火极限为3小时和2小时。对比可见未覆盖耐火保护层的钢构件的耐火极限距离防火规范的要求相差很大，根本不能满足火灾情况下对建筑防火的要求。要克服钢结构材料在实际应用中防火性能方面的不足，必须从多方面入手提高其耐火性能，以达到规范所规定的耐火等级要求。
4提高钢结构耐火性能的措施
1、实施有效的的防火保护方法 常用的钢结构防火保护方法有外包混凝土保护、外包钢丝网水泥砂浆、外包防火板材和喷涂防火涂料等。外包混凝土保护就是用混凝土将钢构件完全包裹起来，在混凝土中还应配置构造钢筋防止混凝土脱落。钢丝网水泥砂浆防火保护是用金属网抹50#砂浆做保护层，也是一种传统的施工方法。外包防火板材可以选用纤维增强水泥板(如TK板、FC板)、石膏板、硅酸钙板、蛭石板等非燃材料的防火板将钢构件包裹起来。
2、应用建筑耐火、耐候钢 一般的钢材耐火性差，但是可以通过相关技术手段，改变钢材的材料组份，加入特定的成分，改变钢材的结构及金相组织，提高钢材本身的耐火性和耐候性。这就是耐火、耐候钢。这种钢材在温度达600℃时，强度下降不到30%，此外由于它的耐火性表较好，可以在施工时适当减小保护层的厚度，甚至可以不涂防锈漆，这样可以节省一定成本。应用耐火、耐候钢是治本良方，应该大力推广，目前，我国已有多家企业可以生产建筑用耐火、耐候钢，这为钢结构建筑提供了良好的用材来源。
3、采用抗火能力强的结构形式和构件 纯钢结构的耐火性比较差，但是可以适当结合混凝土组成混合构件，或在一些关键部位直接采用钢筋混凝土结构。例如柱子可以采用钢管混凝土柱，这样可以很有效提高耐火极限，而且钢管直径(或边长)越大，耐火时间越长，直径500mm的圆钢管混凝土柱，当涂敷厚15mm的隔热型防火涂料时即可满足3h的耐火时间。而像楼板和楼梯这样对防火要求较高的构件还是应该尽可能采用钢筋混凝土结构。
4、采取合理的钢构件防火构造处理方案 钢结构防火保护构造作法应合理、坚固、经济、易于施工，并利于装修。当有非燃烧体的围护或分隔构件与钢构件处于同一轴线时，可利用非燃墙体本身为钢构件提供防火保护，而不需另做防火保护层。而对那些裸露在外的钢构件，则应采用合理的防火保护构造作法。
5、截流法：截流法的原理是截断或阻滞火灾产生的热流量向构件的传输，从而使构件在规定的时间内温升不超过其临界温度。其做法是在构件表面设置一层保护材料，火灾产生的高温首先传给这些保护材料，再由保护材料传给构件。由于所选材料的导热系数较小，而热容又较大，所以能很好地阻滞热流向构件的传输，从而起到保护作用。截流法又分为喷涂法、包封法、屏蔽法和水喷淋法。喷涂法是用喷涂机具将防火涂料直接喷涂在构件表面，形成保护层；包封法是用耐火材料如防火板材、混凝土或砖、钢丝网抹耐火砂浆等把构件包裹起来；屏蔽法是把钢构件包藏在耐火材料组成的墙体或吊顶内，主要适用于屋盖系统的保护；水喷淋法是在结构顶部设喷淋供水管网，火灾时自动启动(或手动)开始喷水，在构件表面形成一层连续流动的水膜，从而起到保护与提高钢结构耐火性能的作用。
6、疏导法：疏导法与截流法不同，疏导法允许热流量传到构件上，然后设法把热量导走或消耗掉，同样可使构件温度不至升高到临界温度，从而起到保护与提高钢结构耐火性能的作用。
结语
钢结构建筑在我国有着广阔的发展前景。但由于钢的使用性能使钢结构的耐火性能较差，容易失去承载能力，因此必须对钢结构进行防火处理。提高钢结构的耐火极限可以采取的方法有：1）积极应用建筑耐火钢，增强其耐火抗高温的性能；2）实施钢结构防火保护，提高钢结构的耐火极限；3）建立火灾模型，综合运用抗火与防火设计。
关键词：钢结构；耐火性；措施
引言
钢结构具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工进度快、结构占用面积少、工业化程度高等一系列优点，它与混凝土结构相比，环保且更有利于建筑产业化的发展。因而高层、超高层建筑和一些有特殊要求的工业与民用建筑采用钢结构的较多。目前，我国是世界钢产量第一的国家，有关部门正在研究进一步在房屋建筑中扩大钢结构的使用范围。但從防火角度看，钢结构虽然是不燃烧体，但很不耐火。因此提高钢结构的耐火性能是推广钢结构建筑的关键。只有提高钢结构的防火性能才能充分发挥钢结构节能建筑的优势。
1 钢结构的特点
钢结构施工时间短、用于施工的钢结构构件可以是工厂化生产、现场安装，可以大大缩短施工的时间，节约时间；空间大：由于钢材的抗压、抗侧弯强度均为混凝土的1.5 倍，因此在等同强度的条件下可以缩小截面从而增大了有效的空间；可循环利用：钢结构建筑的施工材料可以实现再生利用，这样就减少了大量的建筑垃圾。抗震性能好，由于钢结构属于柔性结构、自重轻，能有效地降低地震响应及灾害的影响程度，有利于抗震。耐火性差：钢材的导热系数远远大于钢筋混凝土的导热系数，其耐火性能也远远差于混凝土结构，当温度达到600℃的时侯，钢结构就会基本丧失其全部的强度和刚度。因此在钢结构建筑中抗火被看做重要一环；耐腐蚀性差：由于钢材表面的铁原子与空气中的氧化合会生成氧化铁锈，锈蚀能够引起应力集中，从而危害钢结构建筑的使用安全，使钢结构建筑寿命减短，因此对钢结构建筑进行有效的防腐措施才能确保其使用时间。
2 材料选择要点
目前，我国建筑钢材一般只用两种，即碳素结构钢和低合金高强度结构钢，其相应的国家标准为《碳素结构钢》(GB700—88)和《低合金高强度结构钢》(GB/T1591—94)。以前常说的三号钢和16Mn 钢就分别属于碳素结构钢和低合金高强度结构钢。钢材应有抗拉，屈服强度和硫、磷含量和碳含量的合格保证。
3 钢结构的耐火性能
钢结构的耐火性能取决于钢材，钢材本身不燃烧，也具有较好的耐热性，但是钢材不耐高温，随着温度的升高，钢材的强度是呈下降趋势的，同时变形增大。在200℃以内，钢材性能没有很大变化：430℃～540℃之间强度急剧下降；600℃时强度很低不能承担荷载。
基于钢材的这种物理性能，在火灾发生时，当温度达到450℃～650℃时钢结构就会失去承载能力，发生很大的形变，导致钢柱、钢梁弯曲，结果因变形过大而不能继续工作，甚至垮塌。
一旦遇到高温，钢结构构件的变形甚至失效是无法避免的，我们只能尽可能的提高它的耐火极限，使钢结构不至于在发生火灾后立即失效倒塌。根据实验室测得的数据，常用钢结构构件的耐火极限只有15～30min。在国家标准《建筑设计防火规范》(GBJ16-87)、《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-95)中规定一级耐火等级建筑的防火墙、柱和承重墙、楼梯间墙及梁的耐火极限为3小时和2小时。对比可见未覆盖耐火保护层的钢构件的耐火极限距离防火规范的要求相差很大，根本不能满足火灾情况下对建筑防火的要求。要克服钢结构材料在实际应用中防火性能方面的不足，必须从多方面入手提高其耐火性能，以达到规范所规定的耐火等级要求。
4提高钢结构耐火性能的措施
1、实施有效的的防火保护方法 常用的钢结构防火保护方法有外包混凝土保护、外包钢丝网水泥砂浆、外包防火板材和喷涂防火涂料等。外包混凝土保护就是用混凝土将钢构件完全包裹起来，在混凝土中还应配置构造钢筋防止混凝土脱落。钢丝网水泥砂浆防火保护是用金属网抹50#砂浆做保护层，也是一种传统的施工方法。外包防火板材可以选用纤维增强水泥板(如TK板、FC板)、石膏板、硅酸钙板、蛭石板等非燃材料的防火板将钢构件包裹起来。
2、应用建筑耐火、耐候钢 一般的钢材耐火性差，但是可以通过相关技术手段，改变钢材的材料组份，加入特定的成分，改变钢材的结构及金相组织，提高钢材本身的耐火性和耐候性。这就是耐火、耐候钢。这种钢材在温度达600℃时，强度下降不到30%，此外由于它的耐火性表较好，可以在施工时适当减小保护层的厚度，甚至可以不涂防锈漆，这样可以节省一定成本。应用耐火、耐候钢是治本良方，应该大力推广，目前，我国已有多家企业可以生产建筑用耐火、耐候钢，这为钢结构建筑提供了良好的用材来源。
3、采用抗火能力强的结构形式和构件 纯钢结构的耐火性比较差，但是可以适当结合混凝土组成混合构件，或在一些关键部位直接采用钢筋混凝土结构。例如柱子可以采用钢管混凝土柱，这样可以很有效提高耐火极限，而且钢管直径(或边长)越大，耐火时间越长，直径500mm的圆钢管混凝土柱，当涂敷厚15mm的隔热型防火涂料时即可满足3h的耐火时间。而像楼板和楼梯这样对防火要求较高的构件还是应该尽可能采用钢筋混凝土结构。
4、采取合理的钢构件防火构造处理方案 钢结构防火保护构造作法应合理、坚固、经济、易于施工，并利于装修。当有非燃烧体的围护或分隔构件与钢构件处于同一轴线时，可利用非燃墙体本身为钢构件提供防火保护，而不需另做防火保护层。而对那些裸露在外的钢构件，则应采用合理的防火保护构造作法。
5、截流法：截流法的原理是截断或阻滞火灾产生的热流量向构件的传输，从而使构件在规定的时间内温升不超过其临界温度。其做法是在构件表面设置一层保护材料，火灾产生的高温首先传给这些保护材料，再由保护材料传给构件。由于所选材料的导热系数较小，而热容又较大，所以能很好地阻滞热流向构件的传输，从而起到保护作用。截流法又分为喷涂法、包封法、屏蔽法和水喷淋法。喷涂法是用喷涂机具将防火涂料直接喷涂在构件表面，形成保护层；包封法是用耐火材料如防火板材、混凝土或砖、钢丝网抹耐火砂浆等把构件包裹起来；屏蔽法是把钢构件包藏在耐火材料组成的墙体或吊顶内，主要适用于屋盖系统的保护；水喷淋法是在结构顶部设喷淋供水管网，火灾时自动启动(或手动)开始喷水，在构件表面形成一层连续流动的水膜，从而起到保护与提高钢结构耐火性能的作用。
6、疏导法：疏导法与截流法不同，疏导法允许热流量传到构件上，然后设法把热量导走或消耗掉，同样可使构件温度不至升高到临界温度，从而起到保护与提高钢结构耐火性能的作用。
结语
钢结构建筑在我国有着广阔的发展前景。但由于钢的使用性能使钢结构的耐火性能较差，容易失去承载能力，因此必须对钢结构进行防火处理。提高钢结构的耐火极限可以采取的方法有：1）积极应用建筑耐火钢，增强其耐火抗高温的性能；2）实施钢结构防火保护，提高钢结构的耐火极限；3）建立火灾模型，综合运用抗火与防火设计。