装配式建筑钢结构防火保护技术研究

装配式建筑钢结构防火保护技术研究

姚力

上海绿地建设（集团）有限公司 上海市 200083

摘要：近年来,随着建筑工业化发展,装配式钢结构建筑由于其装配化施工和绿色,环保,节能等特点,在国家大力支持下,成为研究热点并得到了快速发展.发展装配式钢结构建筑可化解钢铁产业过剩产能,符合可持续发展战略,有助于推进建筑绿色化,工业化,信息化.另一方面,火灾对钢结构建筑的影响一直是钢结构研究领域不可忽视的问题,装配式钢结构建筑的防火问题同样至关重要.其中,喷涂防火涂料是钢结构防火保护最常采用的形式.综述了防火涂料的分类,国内外研究现状及发展趋势,对装配式钢结构建筑的防火要求和保护提出了思考。

关键词：钢结构；装配式；防火保护；防火涂料；

1钢结构构件的设计耐火极限
1.1钢结构建筑的耐火等级
按现行国家标准《建筑设计防火规范》GB50016的规定：民用建筑的耐火等级是由建筑物高度.使用功能.重要性等确定；工业厂房建筑的耐火等级与生产的火灾危险性.厂房层数.防火分区有关，建筑的耐火等级共分为一~四级。
1.2钢结构建筑的耐火极限
钢结构构件的设计耐火极限应根据建筑的耐火等级确定。当钢构件的耐火时间小于规定的设计耐火极限要求时，应进行防火保护措施。柱间支撑的设计耐火极限应与柱相同，楼盖支撑的设计耐火极限应与梁相同，屋盖支撑和系杆的设计耐火极限应与屋顶承重构件相同。钢结构节点的防火保护应与被连接构件中防火保护要求最高者相同。

2装配式钢结构防火关键问题

主要表现在：1）防火涂料的建筑使用性能的满足方面，对于普通钢结构的防护涂料，为了达到很好的耐火性能，需要材料尽量轻和软。但对装配式而言需要防火涂料起到建筑装饰材料的功能，应该有足够强度和硬度。2）要具备装饰材料保温.隔音.防潮.防水的性能。3）必须是环保.低碳.绿色建材。目前的水泥基防火涂料均无法达到上述要求。同时，也存在以下方面的问题：1)组成物质大多是有机物，在日照.风吹等外界环境下降解.老化问题严重，耐久性不好，膨胀型产品尤其突出；2)施工成型的完整性问题，尤其是水泥基防火涂料施工过程中的开裂和脱落现象由来已久，这与涂料配方.施工等有关；3)涂料燃烧时产生过多的有毒有害气体，膨胀型钢结构防火涂料中的阻燃剂大多数为C-N-P或者C-N-P-CL体系，这些组分在高温下会产生NH3.HCL.NOX.CO等有害气体；4)膨胀型涂料使用寿命远远低于钢结构设计年限，这样就会造成在使用后期，涂覆在钢结构上的防火涂料起不到任何防火作用；5)耐火性能测试方法的落后，仅仅只有少数检验机构具备GB14907规定的检验能力，而且在施工和验收的时候对防火涂料的质量检测严重缺失，使涂料的安全使用留下了诸多的隐患。

3装配式钢结构在消防方面存在的问题

随着社会经济的不断发展，现如今装配式钢结构建筑方法在多个建筑项目当中应用，不仅仅满足了人们对建筑项目的要求，同时能够在保证建筑项目质量的基础上减少建筑公司的开支。但是由于钢建筑材料具有导热性比较强的特点，极容易受到外在因素的影响产生消防问题，危及人们的生命财产安全，给建筑企业带来一定的经济损失与社会压力，下面便主要讲述了装配式钢结构应用过程中存在的消防问题。(1)耐火性不足，在建筑项目进行过程中，很多企业为了减少经济支出并没有按照施工规范进行施工，经过调查可以发现很多施工项目的防火涂料并不达标，从而导致火灾问题的发生。(2)消防安全管理工作并没有落实，在项目建筑过程当中使用了装配式钢结构，在项目完成之后很多户主都会根据自己的需求对房子进行改进，但是在改进的过程中由于户主的防火安全意识不强，在装修的过程中忽视了对建筑项目的安全保护，从而导致消防安全设施产生损坏之后并没有得到及时解决。当火灾发生之后，火灾报警器无法正常发挥作用，从而导致火灾问题的扩大，给建筑项目造成一定的安全隐患。

4钢结构耐火保护方法

（1）喷涂法（传统方法）。用喷涂机具将防火涂料直接喷涂在构件表面，形成保护层。方法：喷涂、抹涂、辊涂、刮涂或刷涂。防火涂料属特种涂料，当用于不燃烧体时，可降低基材温度上升速度，推迟结构失稳；用于可燃基材时，能推迟或消除其引燃过程。按使用场所分为普通建筑用、特殊建筑用，按分散介质分为水基性、溶剂型，按防火机理分为膨胀型、非膨胀型。使用钢结构防火涂料的问题在于随着使用年限延长，涂料老化，耐火性能降低，不能很好的起到钢材的作用。在GB14907—2018《钢结构防火涂料》标准中，引入隔热效率衰减量，验证在涂料老化后耐火性能降低程度，要求在进行耐水性、耐冷热循环性、耐曝热性、耐湿热性、耐冻融循环性、耐酸性、耐碱性、耐盐雾腐蚀性等耐久性试验后，隔热效率衰减量≤35%，通过这个指标可以很好的验证涂料老化带来的耐火性能下降问题。（2）包覆法。目前应用较多的结构是采用50mm厚蒸压加气混凝土板包覆或者其他薄板+岩棉包覆，其耐火性能均可以达到3.00h。但是在实际应用中也存在的一定的问题，用于拼接板材的自攻螺栓必须采取火灾防护，否则火灾中易受热变软，导致板材脱落，另外板材在受到撞击后易产生裂缝，成为耐火的薄弱部位。

5、建设工学结合的土建工程虚拟实践平台的必要性

5.1目前我国土建工程虚拟实践教学面临的困难

一般而言，我国土建工程虚拟实践教学中遇到的问题有以下几点，因为学校和企业之间的互动联系不够，大学生的实习阶段时间不长，而且一般是通过专家讲座以及培训基地考察等方式进行的交流和学习，并未使得学生真正的接触到生产环节。二为土建类工程项目一般比较大仅仅通过实践的方式进行培训是不够的，再加上土建工程的机械种类比较多，体积大，结构复杂，因而模拟情境下的实践活动效果是要次于真实情境下的实践活动。三为目前为止我国大多数学校都处于土建工程虚拟项目学习的初级阶段，自身力量就比较薄弱，这也使得培养土建工程技术型人才受到影响。

5.2目前我国构建土建工程虚拟实践平台的有利条件

土建工程虚拟实践平台指的是通过计算机在网上进行虚拟仿真模式的学习，实现一种三维交互式模式学习，他的优点是基本可以达到与现实的操作场景一样，这种模式大大地解决了传统大学教学模式的弊端，校企结合将土建专业知识与职业岗位的需求结合起来，使得学校教育满足企业要求。

6、针对装配式钢结构建筑防火技术的研究

1.装配式钢结构防火主要体现
目前钢结构防火涂料在我国发展良好，但也存在着一些问题，比如在装配式钢结构建筑方面，根据装配式钢结构这一项目特点设计好有效的防火措施，主要有以下几点，作为装配式钢结构的防火材料，该材料必须具备有较好的强度和硬度，不同于传统的钢结构，它需要的是轻和软，但是对于装配式钢结构建筑来说强和硬是他的必要特点。不仅如此，该装饰材料还必须具备有保温，隔音等功能，以及它必须满足环保、低碳、绿色的建筑材料要求。除了有利方面，它如果处于风吹日晒的环境下会出现降解老化情况，如此一来，寿命必然缩短。还存在有水泥基防火涂料施工过程当中会开裂脱落，这种膨胀型的涂料寿命一般短于钢结构防火涂料。此外，在施工完成之后，对防火涂料的质量检测也是一大重点。一旦出现质量检测不过关，就会影响建筑的整体质量。

2.装配式钢结构建筑防火要求和保护
装配式钢结构建筑的防火设计和传统钢结构建筑不一样，因为钢结构他自身的材料特性，以及工厂化生产现场装配之间存在的特殊性，装配式钢结构建筑的防火设计及消防安全都面临巨大挑战，分为以下几点，一是要在构建承载环境和空间位置三方面确定它的防火性能，还要方便施工人员组装，保障其防火质量，二是钢结构建筑是一种密闭的建筑模式，所以他在疏散救援方面要与装配式钢结构建筑特点相符合。三是我国工程建设消防技术发展未能满足装配式钢结构要求，所以在实际的装配式结构工程当中不能直接加以利用。

3.装配式钢结构防火解决方案—石膏基防火涂料
目前，国内钢结构防火涂料品牌有270多家，厚型防火涂料绝大多数是水泥基产品。但以水泥为黏结剂的产品有先天性的不足，一方面密度高.材料重，且达到即定耐火时间要求涂装厚度一般较厚，如3h通常为25~27mm，这就造成钢结构单位面积载荷增加，虽然在配方设计时可以通过减少水泥用量，增加辅助黏结剂如轻钙.胶粉等的量来降低材料干密度，但由于价格竞争和市场缺乏有效监管，实际使用的产品水泥含量往往超过标准用量很多；二是涂层干燥过程中由于水泥水化作用失衡效应而容易开裂，这种现象在高温、低湿、大风天作业时尤为突出；三是水泥基防火涂料基本是人工抹涂施工，施工的涂层质量完全取决于工人的责任心和熟练程度，同时，钢构件的加劲板数量多、间距密，连接构件不规则，多而复杂，因此人工抹涂的施工质量很难保证；四是施工工艺复杂，由于水泥与钢材的粘接性差，及水化收缩的开裂性，因此需要刷底胶焊钉挂网，并分层分道施工。近年来国内市场上出现了用于非裸露钢结构保护的，以石膏为主要黏结剂的喷涂防火涂料，其典型代表为格雷斯公司生产的Monokote火力克和梵迦德公司的NM-HB防火涂料，以及国内中柏防火公司生产的宸泰石膏基，耐火极限可达4h。

这类石膏基涂料具有密度小、材料轻、柔韧性好、变形性好、粘结性好、施工成型快.成品不易开裂、不易空鼓、不易脱落、绿色环保、低碳节能等优点，相较于水泥基涂料，大大降低了产品自重和用量，以及对环境的污染和能源的消耗。随着建筑行业的飞速发展，客户对防火材料的综合要求也是日益提高，石膏基产品正逐渐取代水泥基产品，成为市场主流方向。在全球，石膏基产品被广泛应用于民用建筑、工业建筑及核电、化工和市政领域；在中国，几十年来，国内厂家一直无法攻克石膏基防火涂料的技术壁垒，仍旧在采用水泥基产品。目前，石膏基领导品牌—梵迦德.宸泰，以欧洲技术为支持，成功研发了具有自主知识产权的石膏基防火涂料，并运用在各重大重点建设项目中。
  石膏基涂料除具有防火功能外，还具有装饰效果，GB/T28627-2012抹灰石膏规定了抹灰石膏的保水率.强度.体积密度.导热系数等，DB33/T1159-2018抹灰石膏应用技术规程规定的抹灰石膏物理力学性能指标如表所示。

石膏基产品相对水泥基在理化性能、施工、装饰和成本方面均有明显优势，其在水泥基厚型钢结构防火涂料的基础上有突破性进展，且石膏基防火涂料已在我国室内外钢结构保护中得到应用，厚型钢结构防火涂料逐渐由第一代水泥基产品向第二代石膏基产品发展。

结束语

总而言之，在我国现有的建筑技术情况下，装配式钢结构技术要求难以满足，针对性培养该专业人才，为我国装配式技术人员数量增加做出贡献，更好地完善我国装配式结构化消防技术措施。

参考文献

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