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钢材的强度高、延展性好等优点决定了钢结构具有自重轻、抗震性好、承载能力大的特点。同时钢结构可现场加工，工期短，材料可回收。因此钢结构二级防火要求，钢结构建筑在国内外得到了广泛的应用。
但钢结构有一个致命的弱点：防火性能差。为了在火灾中较长时间地保持钢结构的强度和刚度，确保人民生命财产安全，在实际工程中采取了多种防火措施。根据防火原理的不同，防火措施分为耐热法和水冷却法。热阻法可分为喷涂法和封装法（空心封装法和实心封装法）。水冷却方式有喷水冷却法和冲洗水冷却法。本文将详细介绍各种消防措施并比较其优缺点。
1、钢结构的耐火极限及耐火性能
钢结构的耐火极限是指在标准耐火试验中，构件从暴露于火中到失去稳定性或完整性和隔热性所需的耐火时间。
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。但钢在250℃时冲击韧性下降，超过300℃时屈服点和极限强度显着下降。实际火灾条件下，钢结构失去静平衡稳定性的临界温度约为500℃，而在荷载条件不变的情况下，一般火灾温度达到800～1000℃。因此，在火灾和高温下，钢结构会迅速发生塑性变形，造成局部破坏，最终导致钢结构整体倒塌。
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。它可以防止钢结构在火灾中迅速升温到临界温度，防止建筑物过度变形和倒塌，从而为灭火和人员安全疏散赢得宝贵的时间，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类：一类是耐热法，另一类是水冷却法。这些措施的目的都是一样的：防止元件的温升在规定的时间内超过其临界温度。不同的是，耐热方式是阻止热量传递到部件，而水冷方式则是让热量传递到部件，然后将热量传导走，从而达到目的。
2.1 耐热法
耐热方法根据阻燃涂料的耐热性和封装材料的耐热性分为喷涂法和封装法。喷涂通过施加或喷涂防火涂料来保护结构。封装方法可分为空心封装法和实心封装法。
2.1.1 喷涂法
一般在钢结构表面涂敷或喷涂防火涂料，形成耐火隔热保护层，以提高钢结构的耐火极限。该方法施工方便、重量轻、耐火时间长、不受钢构件几何形状的限制。具有良好的经济性和实用性，应用广泛。钢结构防火涂料品种较多，大致可分为两类：一类是薄涂型防火涂料（B类），即钢结构膨胀防火材料；另一类是薄涂型防火涂料（B类）。另一种是厚涂防火涂料（H）。
B级防火涂料，涂层厚度一般为2-7mm。基材为有机树脂，具有一定的装饰效果，并在高温下膨胀增厚。耐火极限可达0.5~1.5h。薄涂钢结构防火涂料涂层薄、重量轻、抗振性能好。对于室内裸露钢结构和轻型屋面钢结构，当规定耐火极限为1.5小时及以下时，宜采用薄涂钢结构防火涂料。 H级防火涂料的厚度一般为8～50mm。颗粒状表面。主要成分为无机保温材料，密度低，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、耐老化，具有相对可靠的耐久性。对于室内隐蔽钢结构、高层全钢结构和多层工厂钢结构，当规定耐火极限在1.5h以上时，宜采用厚涂钢结构防火涂料。
2.1.2 封装方法
1）空心包封法：一般采用防火板或耐火砖沿钢构件外边界将钢构件包裹起来。国内石化行业钢结构工厂大多采用铺设耐火砖包裹钢构件的方法来保护钢结构。这种方法的优点是强度高、耐冲击，缺点是占用空间大，施工比较麻烦。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。大型钢构件包箱的方法具有装饰表面平整光滑、成本低、损耗低、无环境污染、耐老化等优点，具有良好的推广前景。
2）固封法：一般采用浇注混凝土的方式包裹钢构件，使钢构件完全密封。例如上海浦东环球金融大厦的钢柱就采用这种方法。其优点是强度高、抗冲击，缺点是混凝土保护层占用空间大、施工麻烦，特别是在钢梁和斜撑上。
2.2 水冷方式
水冷却方式有喷水冷却法和充水冷却法。
2.2.1喷水冷却法
喷水冷却方式是在钢结构上部设置自动或手动喷淋系统。当火灾发生时，自动喷水灭火系统启动，在钢结构表面形成连续的水膜。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临界温度。同济大学土木工程学院建筑采用水浸式冷却方式。
2.2.2 充水冷却法
充水冷却法是将空心钢构件充满水。通过水在钢结构内部的循环，吸收钢材本身的热量。从而使钢结构在火灾时能够保持较低的温度，不会因温升过高而失去承载能力。为防止生锈和结冰，应在水中添加防锈剂和防冻剂。美国匹兹堡64层美国钢塔的钢柱采用充水冷却方式。
3、防火措施比较
热阻法利用耐热材料来减缓热量向结构部件的传导。一般来说，保温方式较为经济实用，在实际工程中得到广泛应用。水冷却方法是有效的防火措施。但由于该方法对结构设计有特殊要求且成本较高，目前尚未在工程领域得到很好的推广。
热阻法在钢结构防火中应用广泛钢结构二级防火要求，因此下面重点比较热阻措施中喷涂法和封装法的优缺点。
3.1 耐火性
就耐火性能而言，封装法优于喷涂法。混凝土、耐火砖等封装材料比普通防火涂料具有更好的耐火性能。此外，新型防火板的防火性能也优于防火涂料。其耐火极限明显高于同厚度的钢结构防火保温材料，并高于膨胀型防火涂料。
3.2 耐久性
由于混凝土等封装材料具有相对较好的耐久性，因此它们的性能不易随着时间的推移而下降；耐久性一直是钢结构防火涂料无法解决的问题。以有机成分为主的薄型和超薄型阻燃涂料无论是在室外还是室内使用，其有机成分都可能引起分解、降解、老化等问题，导致涂层剥落、粉化或失去阻燃性能。
3.3 可施工性
钢结构防火喷涂方法简单，不需要复杂的工具。但采用喷涂方式的防火涂料施工质量可控性差，基材除锈、防火涂料涂层厚度、施工环境湿度等难以控制。封装法的施工较为复杂，特别是斜撑和钢梁。但施工可控性强，质量容易保证。可以更精确地改变封装材料的厚度以控制耐火极限。
3.4 环境保护
喷涂方式施工时会污染环境，特别是在高温下会散发出有害气体。该封装方法在施工过程中无有毒物质排放，使用环境正常，火灾温度高，有利于环境保护和火灾中的人员安全。
3.5 经济
喷涂法施工简单，工期短，施工成本低。但阻燃涂料价格昂贵，且由于涂料老化等缺点，其维护成本较高。封装方式施工成本高，但所用材料便宜，维护成本低。一般来说，封装方法具有较好的经济效益。
3.6 适用性
喷涂法不受构件几何形状的限制，多用于梁、柱、楼板、屋顶等构件的防护。特别适用于轻钢结构、网架结构、异型钢结构等空间结构体系中钢结构的防火。封装法施工较复杂，尤其是钢梁、斜撑等构件。封装法一般用于色谱柱，其适用范围不如喷涂法广泛。
3.7 占用空间
喷涂法采用的防火涂料尺寸较小，而封装法采用的封装材料如混凝土、耐火砖等则占用空间，减少了使用空间。而且，包装材料的质量也比较高。
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用必须考虑多种因素的影响，如构件类型、施工难度、施工质量要求、耐久性要求和经济效益等；
2）喷涂法与封装法相比，喷涂法的主要优点是施工工艺简单，喷涂后构件外观无明显变化。封装法的主要优点是成本低、防火性好、耐用；
3）各种防火措施各有优缺点。在工程应用中，各种防火措施可以相互配合使用。并可采取不同措施，设置多条消防防线。
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