介绍
近年来，钢结构在公共建筑中的应用越来越广泛，《建筑业发展“十四五”规划》也指出：“完善钢结构建筑标准体系……鼓励学校、医院等公共建筑优先采用钢结构。”防火涂料由于不受结构形状限制、施工简便、技术成熟、占用建筑空间小等特点，是目前我国大型公共建筑中应用最为广泛的钢结构防火措施。
对于对装饰效果要求较高的重要公共建筑，传统的装饰方式是采用铝板、石材、石膏板等将钢结构包裹成所需的造型和质感。随着建筑结构技术水平、防火涂料及其表面涂装工艺的不断提高，设计师开始尝试取消传统钢结构的外装饰层，直接使用梁、柱、桁架、拉索等构件作为装饰元素，以强调结构本身的节奏感和力量感，同时节省装饰成本。钢结构表面的装饰效果已经变得越来越重要，甚至影响到整个工程的美观度。
在传统设计过程中，钢结构防火防腐方案多以安全性、功能性为主导，最终完成的效果容易失控。另一种情况是，当设计师没有考虑施工可行性时，按照规范进行粗略设计，也会导致防火涂料无法涂装或难以涂装。国家或地方的建筑标准设计图集及相关规范均对结构防火和防腐分别进行描述，缺乏对特殊空间的美观描述和应用要求。
本文在达到最优建筑竣工效果的前提下,对钢结构防火涂料及其表面涂装方案进行了归纳总结,并给出了特殊情况下防火设计专项论证的主要方向,以期为设计人员在工程实践中提供参考。
类型和选项
2.1 钢结构防火涂料种类
一般工业与民用建筑中使用的钢结构防火涂料，按不同的分类方法有不同的类别。最常用的分类方法是按涂层厚度分为：非膨胀型（厚型）和膨胀型。其中膨胀型防火涂料又分为薄型和超薄型。
△表2-1 按镀层厚度分类
防火涂料耐火极限与涂层参考厚度对比
△表2-2 防火涂料特性按涂层厚度比较
火灾之前
遇火后膨胀40至50倍
△膨胀型防火涂料火灾前后对比
钢结构防火涂料按使用场所可分为室内和室外两种。室内钢结构防火涂料适用于室内或隐蔽工程，室外钢结构防火涂料适用于室外或露天工程。两者的区别在于室外防火涂料的理化性能增加了耐暴晒、耐冻融循环、耐酸碱、耐紫外线等指标。设计时应明确防火涂料的使用场所。
钢结构防火涂料按分散介质分类方法主要针对膨胀型防火涂料，分为水性和溶剂型两种，其中水性（俗称水基）以水为分散介质，用于室内或缺水环境；溶剂型以有机溶剂为分散介质，可用于室内外。薄型防火涂料多以水性为分散介质，超薄型防火涂料多以溶剂为分散介质，因为水性超薄型防火涂料稳定性稍差。水性防火涂料对施工温度有一定要求，北方冬季施工会受天气影响，对于工期紧张的项目，需提前选定方案。按基材分类方法主要针对非膨胀型防火涂料，分为水泥基、石膏基两种。 近年来，更加绿色环保的石膏基防火涂料越来越多地进入设计师的选择范围，现在我们就石膏基防火涂料与水泥基防火涂料进行一下比较。
△表2-3水泥基与石膏基防火涂料性能对比
2.2 不同防火涂料效果对比
防火涂料的涂饰效果主要受其分散介质和基料的影响，即厚型、薄型、超薄型三种防火涂料，其防火原理不同，施工后的外观效果也有明显差异。
厚型防火涂料基材颗粒较大，喷涂后外观比粗砂浆粗糙，若抹平整后仍较粗糙，需刮1~2遍腻子，即可达到基本平整的表面，但仍达不到平整度和光泽度的要求。薄型防火涂料颗粒较小，喷涂后外观与细砂浆相似，由于涂层较薄，施工时无法抹平，因此表面仍会凹凸不平，不光滑，至少需刮1遍腻子，并打磨平整，最终平整度可与内墙漆饰面墙面一致。超薄型防火涂料喷涂后可达到与涂装墙面基本相似的效果。是否需要刮腻子找平可根据情况现场确定。
喷涂后
刮 1 层腻子
填腻子后涂面漆
△厚防火涂料喷涂后效果对比
喷涂后
刮 1 层腻子
聚氨酯面漆
△薄型防火涂料喷涂后效果对比
喷洒后固定
喷涂后钢梁
聚氨酯面漆
△超薄型防火涂料喷涂后效果对比
2.3 耐火等级为一级的公共建筑钢结构防火涂料选用建议
基于以上不同类型防火涂料的特点及涂饰效果，本文以一级耐火等级的民用建筑为例，总结出推荐的防火涂料选用方案，希望能够对设计人员有所帮助。
推荐的解决方案考虑了几个因素：
1、由于大型重要公共建筑的耐火等级大多为一级，因此所选方案以一级耐火等级为例。
2、有外饰面的情况是指：结构构件表面采用金属板、石材、石膏板等装饰面包裹，内部钢结构不外露或仓库、机房等区域对饰面效果无要求。无外饰面的情况是指：钢结构防火涂料仅用腻子找平，再用涂料做饰面，对饰面效果有美观要求。
3、选型方案中的参考厚度为3家不同厂家提供的厚度范围，由于各厂家材料不同，在同样的耐火时间要求下，涂层厚度略有不同；
4、选择方案中防火涂料的选择应以经济性为原则，在满足最终效果的前提下，尽可能选择成本较低的防火涂料。
△表2-4 耐火等级为一级的公共建筑防火涂料选用建议
据调查，不同类型的防火涂料价格差异较大，估算定额与当地采购价格相差也较大。材料总成本与施工成本比较的一般规律是：同一种防火涂料，耐火极限要求1.0h、1.5h、2.0h、3.0h，每增加一级，价格约增加1.5-2倍；相同耐火极限要求下，厚型、薄型、超薄型相差2-3倍。石膏基防火涂料的材料价格略高于水泥基，但由于其施工速度快，用量少钢结构防火涂料施工方案，总体差异不大。
设计规范条款的理解与掌握
3.1 非膨胀性防火涂层最小厚度要求
《建筑钢结构防火技术规范》GB 51249-2017第4.1.3条第4款要求：非膨胀性防火涂料涂层厚度不应小于10mm；《钢结构防火涂料》GB14907-2018第5.1.5条要求：钢结构非膨胀性防火涂料涂层厚度不应小于15mm。
在工程设计时，建议按较大值控制，即非膨胀性防火涂层的最小厚度应≥15mm。
3.2膨胀型防火涂料的应用范围
《建筑钢结构防火技术规范》GB 51249-2017第4.1.3条第3款规定：当钢结构耐火极限要求不低于1.5h，且用于室外钢结构工程时，不宜采用膨胀型防火涂料。《钢结构防火涂料》GB14907-2018第5.2.3条表4表明，膨胀型防火涂料的耐火极限可达2.0h。
因为《建筑钢结构防火技术规范》中的要求是“适宜”，也就是允许稍有选择，所以在工程设计时可以采用“钢结构防火涂料”进行选择，即：当要求钢结构的耐火极限≤2.0h时，可以采用膨胀型防火涂料。
3.3 屋面承重构件的防火要求
《建筑设计防火规范》GB 50016-2014，表5.1.2仅给出了“屋面承重构件”的燃烧性能和耐火极限(h)要求，但并未规定屋面承重构件的范围。
根据《建筑钢结构防火技术规范》GB 51249-2017第3.1.1条规定，屋面支撑、拉杆的设计耐火极限应与屋面承重构件相同。该条的解释进一步明确，仅起到支撑屋面板作用的一级檩条，即使损坏，对屋面结构整体受力性能影响也不大，因此对其耐火极限不作要求。兼作纵拉杆或横腹杆，支撑主体结构（如屋架）的二级檩条，如果损坏，可能导致主体结构失去整体稳定性，因此其耐火极限应与屋面承重构件的要求一致。
3.4 钢结构楼板的防火要求
根据《建筑钢结构防火技术规范》GB 51249-2017，其中第8.2.1条的解释中明确指出：波形钢组合楼板的防火设计分两种情况：当波形钢仅作为混凝土板的施工模板，在使用阶段不承受应力时，无需防火。反之，当波形钢作为施工模板，与混凝土板组成组合楼板，共同承受应力时，应符合楼板的耐火极限要求。
同样，目前工程中较为常用的钢桁架楼承板，也可按照此原理进行防火设计。
钢结构表面涂装方案
4.1 钢结构表面结构层及原理
钢结构外表面施工主要考虑三大因素，即：防腐、防火、涂饰，这三个因素根据不同的应用环境和场景而增加、减少、变化。
首先，钢结构的防腐处理是钢结构设计中必不可少的考虑事项，其重要的设计依据是工程所处环境的腐蚀性及对工程防腐耐久性的要求。工程所处环境越恶劣（如湿度大、气氛恶劣的工业区、盐度高的沿海地区、腐蚀性气氛的热带、亚热带工业区等），要求的防腐耐久性就越高，对钢结构表面的防腐处理的要求也就越高。钢结构的防腐处理主要通过底漆和中涂来实现，面漆也起到一定的阻隔作用。
其次，钢结构的防火设计是钢结构设计中的一个重要考虑因素，但并不是必须的因素，对于无火源环境中的钢结构或规范中明确要求不需采取防火措施的钢结构构件，设计时可以不考虑防火。
最后，钢结构的外部装饰也是设计中的一个重要考虑因素。
4.2 钢结构防火涂料表面涂装方案
根据以上防火涂料的防腐、防火及饰面要求，对钢结构外表面逐层进行整理如下，希望对设计人员有所帮助。
推荐的解决方案考虑了几个因素：
1、面漆直接视为完成面，完成的效果满足室内装饰要求。
2、腻子可以兼做密封胶，二者均可在防火涂料表面形成致密、光滑的保护层，若腻子与面漆配套，则可省去密封胶。
3、喷涂防火涂料的钢结构位于格栅或吊顶内侧，且设计对饰面的平整度、美观度无要求，只要求颜色时，可省去腻子、面漆，在封漆中加入颜料即可达到设计要求。
△表4-1 钢结构表面防火涂料推荐涂装方案
钢结构外表面的饰面处理不仅与防火涂料有关，还与面漆有直接关系，面漆直接影响钢结构饰面的颜色、纹理等因素。随着建筑材料和施工技术的逐渐提高，市场上可供选择的面漆种类也越来越丰富，设计师的选择范围也越来越广。本文对公共建筑常用面漆的抗紫外线、耐腐蚀、饰面效果等特点进行了比较，希望对设计师有所帮助。
需要明确的是，该面漆的特性只是针对市场上常见的该类型面漆而言的，一些特殊产品并未完全涵盖。
△表4-2 常见面漆应用领域及其特性比较
底座不够平整，大面积需要涂漆。
光泽聚氨酯面漆后效果不佳
仿金属质感
氟碳面漆
△ 常见面漆涂装效果对比
需要注意的是，防腐涂料的选择要与防火涂料相匹配，特别是膨胀型防火涂料，要与防腐涂料相配套。施工时，防腐底漆、中涂不宜过厚，否则会造成防火涂层脱落。同时，面漆也不宜过厚，影响膨胀型防火涂料在火灾时的发泡效果。
4.3钢结构涂装施工问题及注意事项
钢结构防火涂料的施工顺序为：当主体结构完成一半以上时，现场涂刷防火涂料，由下而上，当钢结构完成后，防火涂料施工也完成，验收合格后方可施工建筑外幕墙。幕墙部分后预埋件会对防火涂料造成损坏，造成防火涂料渗漏等安全隐患，需要及时补涂。
钢梁顶部与楼板接触的界面无需喷涂防火涂料，这是因为楼板本身已经为钢梁提供了防火保护。同样，如果钢梁外侧的砌块或板条外墙与钢梁距离较近，且外墙的耐火极限大于梁的耐火极限要求，那么钢梁与外墙的接触界面原则上不需要喷涂防火涂料。但在实际施工过程中，由于防火涂料喷涂是在钢结构施工完成后、外墙施工前进行的钢结构防火涂料施工方案，因此钢梁面向外墙的一侧也会喷涂防火涂料，但这一侧并不是喷涂的重点。
△钢梁、楼板与外墙接触面防火涂料施工方法示意图
本文内容为作者根据相关规范及工程经验总结而成，旨在为工程实践中设计人员提供参考，如有异议，欢迎讨论。
