问题介绍
钢结构的防火性能相对较差。钢具有耐热性，但不耐高温。随着温度升高，强度和弹性模量下降，伸长率和线膨胀系数增大。因此，钢结构的防火设计非常重要。钢结构防火怎么样？设计流程是怎样的？
网友讨论
图木弟兄
GB 51249-2017《建筑钢结构防火技术规范》实施前，钢结构构件耐火极限时间的防火涂料参数按GB 50016-2014《规范》的要求选取建筑防火设计”。没有具体的计算过程。
菩提
钢结构消防设计不是一个专业的事情，而是需要多个专业，特别是建筑、设备专业的配合。
昆仑土
1）火灾对建筑物乃至人类生存的威胁无异于祸害。必须时刻牢记防火概念和措施。
2）“隐患比明火更危险，预防比救灾更重要，责任比泰山更重”的口号。当然，首要的是“预防”！关键是什么？当然是“釜底抽油”啦！如果没有火源，除去火源就不存在“防火”问题了。 ！可以认为，绘画之类的不是防火而是“抗”火！
3）钢材是不燃材料，遇火不会软化。事实上，除非存在大量易燃仓库或生产车间等建筑（不宜采用钢结构），一般的影剧院、体育场馆、车站机场等相关建筑，其空间和层高都极其巨大，即使有都是燃烧弹 如果受力结构不能被烧毁（除了柱子和柱间的支撑物），那就真的没什么可怕的了！
4）与木材等易燃易爆材料相比，如果将钢结构的防火视为重大结构问题，则应严格禁止使用木结构作为承重结构。
5）结构专业考虑的问题太多，工作量太大，责任太重。减轻负担，让结构工程师能够集中精力解决其他专业无法解决的问题钢结构防火涂料gb14907，保证工程的安全、可靠、耐用，而不是不断增加更多的职责和更多的工作。数量。防火问题应该考虑，但不应该承担主要责任！
肉山先生
制造商本身并不知道什么是等效热阻，更不知道根据等效热阻来选择涂层厚度，因此设计结果无法实施。
ygp
防火涂料的性能因厂家而异，因此防火涂料厚度的计算应留给防火涂料公司。结构工程师应仅提供设计性能要求，防火涂料应由独立检验机构确认。
问题分析
钢结构的防火设计非常重要。但一直以来，消防设计所投入的时间和精力是力学分析无法比拟的。大多数项目只是在总体设计说明中对钢构件的耐火极限、涂层性能、施工操作等提出了一些原则性要求。施工图中对钢结构防火的说明包括：
1）钢结构防火应符合《建筑防火设计规范》、《高层民用建筑防火设计规范》和《建筑钢结构防火技术规程》的要求”。
2）本工程耐火等级为一级，各结构构件的耐火极限不应低于表1的要求。
表1 各种构件的耐火极限
3）本设计要求上述结构件均喷涂防火涂料。柱、支撑、横梁应采用厚涂防火涂料；地板、疏散楼梯和钢雨棚梁可采用薄涂防火涂料。防火涂料的厚度必须达到构件的厚度。防火涂料的耐火极限、性能、涂层厚度和质量应经国家检测单位检测，并符合《钢结构用防火涂料》GB 14907和《钢结构防火涂料施工技术规范》的要求。钢结构”CECS 24。
4）防火涂料施工应由专业队伍进行。
5）阻燃涂料和防腐涂料必须相容。经建筑师同意，可以用防火涂料代替防腐涂料的表层，但防火涂料与防腐涂料之间的附着力必须符合要求。
6）防火涂料、防腐涂料施工后，应检测漆膜厚度、附着力等数据。
事实上，以上描述并不能算是消防设计。例如，对于耐火极限至关重要的涂层厚度，并没有明确规定，而是留给涂料生产商或专门的防火设计，这可能是一种自由放任的状态。
CECS 200:2006《建筑钢结构防火技术规范》虽然对耐火极限状态计算有要求，但由于计算复杂，没有软件的帮助无法完成；此外，结构工程师不熟悉工程热物理学。所以这个规范没有得到很好的执行。随着GB 51249-2017《建筑钢结构防火技术规范》的颁布，PKPM和盈建科增加了耐火计算功能，审图机构要求耐火计算结果，因此防火设计按照耐火极限状态已成为钢结构设计的重要内容。
耐火计算的基础是工程热物理，这对于大多数结构工程师来说是陌生的。要在短时间内准确理解规范并正确使用软件，甚至摸清头绪，都不是一件容易的事。因此，本文梳理了《钢结构防火规范》的基本脉络，希望能帮助初学者了解设计原理，正确选择计算参数，并利用设计程序完成耐火计算和防火设计。
3.1耐火计算和防火设计涉及的三个方面
进行耐火计算和防火设计，需要定量描述火灾的燃烧过程、钢材强度与温度的关系以及防火层的性能。本文提到的公式均在GB51249-2017中找到，本文不再列出。
3.1.1 火灾燃烧过程描述
火灾是主要原因，相当于负载。规范通过热烟平均温度与火灾持续时间的关系曲线来描述钢结构防火涂料gb14907，即火灾加热曲线，分为标准加热曲线和碳氢化合物加热曲线。
石油、化工建筑采用碳氢化合物供热曲线，石油、化工建筑以外的建筑采用标准供热曲线。如图1所示。
图1 火灾升温曲线
3.1.2 热烟下钢的性能描述
分为两个方面：
1）钢材强度与温度的关系用GB 51249-2017中式（5.1.2）表示。
2）在热烟气作用下，钢材的温升与着火持续时间的关系用GB 51249-2017的中文公式（6.2.1-1、6.2.2-1）表示。式中参数包括钢材的密度、比热容、传热系数、截面形状系数（火表面积与体积之比）等。除截面形状系数外，其他参数均为常数，见GB 51249-2017表5.1.1。
3.1.3 防火层的分类及其性能描述
防火层的种类很多，其性能也有较大差异。
有些防火层重量轻，其吸收的热量与钢构件相比可以忽略不计。该防火层称为轻质防护层。例如非膨胀型防火涂料、膨胀型防火涂料、蛭石防火板、硅酸钙防火板、硅酸铝纤维毡等。
有些防火层必须考虑其自身吸收的热量。这种防火层称为非轻质防护层。例如混凝土、金属网砂浆、砖石等。
防火层的分类如图2所示，棕色部分是最常用、最熟悉的防火涂料。
图2 防火层分类
防火层的性能用“综合传热系数α”描述，见GB 51249-2017中公式(6.2.2)。 α与防火层的密度、比热容、等效导热系数、涂层厚度等参数有关。除涂层厚度外，其他参数均为材料本身的性能，对于同一材料而言均为常数。
防火涂料是轻质保护层，密度和比热容的影响可以忽略不计。也就是说，密度和比热容的数值对计算结果没有影响。
3.2 耐火计算和防火设计中使用的参数和术语
密度和热膨胀系数大家都比较熟悉，这里就不再赘述。
1）比热容是指“温度升高1℃时每公斤物料所需的热量”。反映了该材料的蓄热能力。比热容是材料本身的特性。钢材的比热容为600 J/(kg·℃)，非膨胀防火涂料的比热容为1000 J/(kg·℃)。
2）导热系数，又称导热系数，是指“在稳定的传热条件下，1m厚的材料，表面两侧温差为1℃，通过1m2面积所传递的热量1小时内”，单位为W/(m·℃)。导热系数也是材料本身的特性。钢材的导热系数为45 W/(m·℃)，非膨胀防火涂料的导热系数为0.1 W/(m·℃)。
3）等效热阻是耐火计算和防火设计所需的数据。根据等效热阻值，即可确定防火涂层的厚度。等效热阻不是材料的性质，而是已知厚度的保护层的耐热能力，可以与电阻进行比较。等效热阻的单位是m2·℃/W，表示1W热流引起的温升。
3.3耐火计算及防火设计的基本流程
以临界温度法为例，其过程可以更直观地表达在图3中。
图3 临界温度法示意图
横轴表示钢材温度，正纵轴表示钢材强度，负纵轴表示火灾持续时间。 1）软件对整体结构进行计算，得到火灾工况下各构件的应力组合设计值Sm，即图中纵轴正轴上的A点。该点代表钢构件在火灾中能够承受的最大应力。
2）过A点画一条与横轴平行的直线，与图中紫色曲线“钢材强度与温度关系曲线”相交于B点，横轴上B点对应的C点即为最高温度元件允许达到的温度，即临界温度Td。
3) 在负纵轴上标记耐火极限对应的E点。过点 E 画一条与水平轴平行的线，并与延长线 BC 相交于点 D。该点表示元件所需的最小等效热阻。价值。
4）连接坐标原点O和D点，可得直线的斜率为k，则可得元件所需的等效热阻为：
式中：
是横截面形状系数。
5）根据等效热阻值确定涂层厚度：
一个。对于非膨胀型防火涂料，涂层厚度为
di=Riλi (2)
式中：λi为阻燃涂层的等效导热系数，W/(m·℃)。
b.对于膨胀型防火涂料来说，涂层厚度、膨胀层厚度与等效导热系数之间的关系是非线性的，也就是说等效导热系数不是一个常数。因此，用等效导热系数来计算涂层厚度是不合适的。而是根据制造商提供的涂层厚度与等效热阻的对应关系来确定。制造商应提供涂层厚度与等效热阻的对应关系，如表2所示。其他厚度的等效热阻可线性插值。
表2 涂层厚度与等效热阻的对应关系
δ = dmax-dmin (3)
3.4 消防设计应提交的内容
1) 注明防火涂料的类型，膨胀型或非膨胀型。
2）对于膨胀型防火涂料（薄型），仅要求等效热阻值。涂层厚度不应小于1.5毫米。
3）非膨胀型防火涂料（厚型）应注明等效热阻、等效导热系数和涂层厚度。厚度不应小于15毫米。当等效导热系数不同时，可按等效热阻相等的原则进行换算。
4）注明防火涂料、防腐涂料的施工顺序。
对于膨胀型防火涂料，施工顺序为：防腐底漆、防腐中间漆、防火涂料、防腐面漆。
对于非膨胀型防火涂料，取消防腐面漆。
5）其他事项参见前述钢结构防火说明。
