钢材强度高、延展性好等优点决定了钢结构具有自重轻、抗震性好、承载力大的特点。同时，钢结构可现场加工，施工周期短，材料可回收利用。因此，钢结构在国内外都得到了广泛的应用。
但是钢结构有一个致命的弱点：耐火性能差。为了使钢结构在火灾中较长时间保持强度和刚度，保护人们的生命和财产安全，实际工程中采用了各种各样的防火措施。根据防火原理不同，防火措施分为隔热法和水冷却法。隔热法又可分为喷淋法和包封法（空心包封法和实心包封法）。水冷却法包括水喷雾冷却法和水冲洗冷却法。本文将具体介绍各种防火措施，并比较它们的优缺点。
1.钢结构的耐火极限与抗火性能
钢结构的耐火极限是指在标准耐火试验中，构件从暴露在火中到失去稳定性、完整性或绝缘性所需的时间。
虽然钢材本身不会着火，但钢材的材料性能受温度影响很大，钢材的冲击韧性在250℃时下降，屈服点和极限强度在300℃以上时明显下降。在实际火灾中，荷载条件不变，钢结构失去静力平衡稳定性的临界温度在500℃左右，而一般火灾温度达到800-1000℃。因此，在火灾的高温下，钢结构会迅速发生塑性变形，造成局部破坏，最终造成钢结构整体倒塌破坏。
钢结构建筑必须采取防火措施，保证建筑具有足够的耐火性能，防止火灾时钢结构迅速升温到临界温度，防止建筑发生过大变形甚至倒塌，为扑救火灾和人员安全疏散赢得宝贵时间，避免或减少火灾造成的损失。
2.钢结构的防火措施
钢结构防火措施按原理分为两大类：一类是隔热法，一类是水冷法。这些措施的目的都是一样的：使构件的温度在规定的时间内不超过其临界温度。所不同的是，隔热法是阻止热量传递到构件上，而水冷法是让热量传递到构件上，然后再将热量传导走，达到目的。
2.1 隔热方法
隔热方法根据防火涂层和封装材料的隔热效果分为喷涂法和封装法。喷涂法是通过涂覆或喷涂防火涂层对结构进行保护。封装法又可分为空心封装法和实心封装法。
2.1.1喷涂法
一般采用在钢材表面涂抹或喷涂防火涂料，形成耐火隔热保护层，提高钢结构耐火极限。此种方法施工简单，质量轻，耐火时间长，不受钢构件几何形状限制，经济实用性好，应用十分广泛。钢结构防火涂料种类繁多，大致可分为两大类：一类是薄涂型防火涂料（B型），即钢结构膨胀型防火材料；另一类是厚涂型涂料（H型）。
B级防火涂料，涂层厚度一般为2-7mm。基料为有机树脂，具有一定的装饰效果，高温下膨胀增厚，耐火极限可达0.5-1.5h。薄涂钢结构防火涂料涂层薄，质轻，抗震性好，对室内外露钢结构、轻型屋面钢结构，规定耐火极限为1.5h及以下时，应选用薄涂钢结构防火涂料。H级防火涂料厚度一般为8-50mm。呈颗粒状，主要成分为无机保温材料，密度小，导热系数低，耐火极限可达0.5-3.0h。厚涂钢结构防火涂料一般不燃钢结构耐火极限，耐老化，经久耐用。 对于室内隐蔽钢结构、高层全钢结构、多层厂房钢结构，当规定耐火极限在1.5h以上时，应选择厚涂型钢结构防火涂料。
2.1.2 封装方法
1）空心包覆法：一般采用防火板或耐火砖沿钢构件外边界包裹钢构件。国内石油化工工业钢结构厂房大多采用砌筑耐火砖的方法包裹钢构件，对钢结构进行保护。此种方法的优点是强度高、耐冲击，缺点是占用空间大，施工较麻烦。采用纤维增强水泥板、石膏板、蛭石板等耐火轻质板作为防火外包层。大型钢构件的箱式包裹法，装饰面光滑平整，成本低，损耗小，无环境污染，耐老化，有很好的推广前景。
2）实体包裹法：一般采用浇注混凝土的方式将钢构件包裹起来，将钢构件完全包裹起来。例如上海浦东环球金融大厦的钢柱就采用此种方式。其优点是强度高、耐冲击，但其缺点是混凝土保护层占用空间大、施工比较麻烦，特别是在钢梁、斜撑上。
2.2 水冷方式
水冷方式有喷水冷却、充水冷却。
2.2.1 水冷方式
水喷雾降温方法是在钢结构上部布置自动或手动喷水灭火系统，当发生火灾时，喷水灭火系统启动，在钢结构表面形成一层连续的水膜，当火焰蔓延到钢结构表面时，水蒸发带走热量，延缓钢结构建筑达到其极限温度。同济大学土木工程学院大楼就采用了水喷雾降温方法。
2.2.2充水冷却方式
充水冷却法是在空心钢结构内灌满水，水在钢结构内循环，吸收钢材本身的热量，使钢结构在火灾时保持低温，不至于因温升过高而失去承载力。为防止生锈和结冻，水中需加入防锈剂和防冻剂。美国匹兹堡64层美国钢铁公司大厦的钢柱就采用充水冷却法。
3.防火措施比较
隔热法可以通过隔热材料减缓热量向结构构件传导的速度，总体来说隔热法经济实用，在实际工程中应用较为广泛；水冷法是一种有效的防火措施，但由于此法对结构设计有特殊要求，且成本较高，在工程领域未能得到很好的推广。
隔热法在钢结构防火中应用十分广泛，下面重点比较喷涂法和封装法在隔热措施中的优缺点。
3.1 耐火性
从耐火性能上看，封装法优于喷涂法，混凝土、耐火砖等封装材料的耐火性能优于一般的防火涂料。另外，新型防火板的耐火性能也优于防火涂料，其耐火极限明显高于同等厚度的钢结构防火保温材料，甚至高于膨胀型防火涂料。
3.2 耐久性
由于混凝土等封装材料相对耐用，不易随时间推移而出现性能下降钢结构耐火极限，因此耐久性一直是钢结构防火涂料无法解决的难题。以有机成分为基础的薄型、超薄型防火涂料，无论在室外还是室内使用，都可能分解、降解、老化，导致涂层剥落或失去防火性能。
3.3 构造
钢结构防火喷涂法施工简单，不需要复杂的工具即可施工，但喷涂防火涂料施工质量可控性差，基材除锈、防火涂料涂装厚度、施工环境湿度等均不易控制；封装法施工较为复杂，尤其对斜撑、钢梁等部位更为复杂，但施工可控性强，质量容易保证，可较为精确地改变封装材料厚度，从而控制耐火极限。
3.4 环境保护
喷涂法在施工过程中对环境有污染，特别是在高温下释放有害气体，而封装法在施工过程中、正常使用环境及火灾高温下均不会释放有毒物质，有利于环境保护及火灾时的人员安全。
3.5 经济
喷涂法施工简单，工期短，施工成本低。但防火涂料价格高，且由于涂层老化的缺点，其维护成本高。封装法施工成本高，但所用材料便宜，维护成本低。总体来说，封装法经济效益更好。
3.6 适用性
喷涂法不受构件几何形状限制，多用于梁、柱、楼板、屋盖等构件的防护，尤其适用于轻钢结构、网架结构、异型钢结构等空间结构体系中的钢结构防火。包覆法施工复杂，尤其对于钢梁、斜撑等构件的防护更为复杂，包覆法一般用于柱子较多，其应用范围不如喷涂法广泛。
3.7 空间占用
喷涂法使用的防火涂料体积较小，而封装法使用的封装材料如混凝土、耐火砖等会占用空间，减少可使用的空间，另外封装材料的重量也较大。
4. 总结
从讨论中可以得出以下结论：
1)钢结构防火措施的采取，应考虑构件类型、施工难易程度、施工质量要求、耐久性要求和经济效益等多种因素的影响；
2）通过喷涂法与封装法的对比，喷涂法的主要优点是施工工艺简单、喷涂后构件外观变化不大，封装法的主要优点是成本低，防火性能、耐久性好；
3）各种防火措施各有优缺点，在工程应用中，可以取长补短，也可以将多种防火措施组合使用，并可采取不同的措施设置多条防火线。
