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最近北京大兴库房发生了火灾，四川绵竹市九龙镇灵官楼也发生了火灾，这两场火灾都在朋友圈中引起了广泛传播。对于建筑防火，尤其是钢结构和木结构的防火，应该如何去做呢？在此，小编为大家整理了相关资料，希望大家能够对这两种结构的防火有一定的认识和了解。
钢材强度高且延性好，这一优点使得钢结构具有自重轻、抗震性能好以及承载能力大的特性。钢结构能够在场内进行加工，施工周期较短，并且其材料还可回收利用。所以，无论是在国内还是国外，钢结构建筑都得到了广泛的运用。
钢结构存在一个关键的弱点，那就是抗火性能不佳。为了让钢结构在火灾发生时能够较长时间地维持其强度和刚度，从而保障人们的生命以及财产安全，在实际的工程当中运用了多种防火保护措施。依据防火原理的差异，防火措施被分为阻热法和水冷却法。阻热法还能够进一步细分为喷涂法以及包封法（包含空心包封法和实心包封法）。水冷却法包括水淋冷却法和冲水冷却法。本文将具体介绍各种防火措施，并比较其优缺点。
1、钢结构的耐火极限与耐火性能
钢结构的耐火极限指的是在标准耐火试验里，从构件开始受到火的作用那一刻起，到它失去稳定性，或者失去完整性，以及失去绝热性为止的这段用来抵抗火作用的时间。
钢材本身不会起火燃烧。钢材的材性受温度影响较大，在 250℃时钢材的冲击韧性会下降，超过 300℃，屈服点与极限强度会显著下降。在实际火灾中，荷载情况保持不变，钢结构失去静态平衡稳定性的临界温度约为 500℃，而一般火场的温度能达到 800～1000℃。最终会导致钢结构整体倒塌失效。
钢结构建筑需要采取防火措施，这样建筑就能具备足够的耐火极限。要防止钢结构在火灾中快速升温至临界温度，也要防止出现过大变形而导致建筑物倒塌，以此为灭火和人员安全疏散争取到宝贵时间，进而避免或者减少火灾所带来的损失。
2、钢结构防火保护措施
钢结构防火保护措施有两类，一类是阻热法，另一类是水冷却法。这些措施的目的相同，即让构件在规定时间内，温度升高不超过其临界温度。区别在于，阻热法是阻止热量向构件传输，而水冷却法是允许热量传到构件上，然后将热量导走以达到目的。
2.1 阻热法
阻热法依据防火涂料阻热以及包封材料阻热，将其分为喷涂法和包封法。喷涂法是通过涂覆或者喷洒防火涂料，以此来对构建进行保护。包封法又能够分为空心包封法和实心包封法。
2.1.1 喷涂法
防火涂料通常被涂覆或喷洒在钢材表面，以此形成耐火隔热保护层，进而提高钢结构的耐火极限。这种方式施工起来较为简便，其重量较轻，耐火时间也比较长，同时不会受到钢构件几何形状的限制。它具有较好的经济性与实用性，所以应用十分广泛。钢结构防火涂料的品种较为多样。其中一类是薄涂型防火涂料，也就是钢结构膨胀防火料；另一类是厚涂型涂料。
B 类防火涂料，其涂层厚度通常在 2 毫米到 7 毫米之间。它的基料是有机树脂钢结构防火设计，具备一定的装饰效果，在高温情况下会膨胀并增厚。耐火极限能够达到 0.5 小时到 1.5 小时。薄涂型钢结构防火涂料的涂层较薄，重量较轻，抗振性良好。对于室内裸露钢结构以及轻型屋盖钢结构，倘若规定其耐火极限为 1.5 小时及更低，那么适宜选用薄涂型钢结构防火涂料。H 类防火涂料，其涂层厚度一般是 8 毫米到 50 毫米。呈粒状面。其主要成分是无机绝热材料，这种材料密度较小且热导率低。耐火极限能够达到 0.5 至 3.0 小时。厚涂型钢结构防火涂料通常不燃，具备耐老化的特性，耐久性也较为可靠。对于室内隐蔽钢结构、高层全钢结构以及多层厂房钢结构，倘若规定其耐火极限在 1.5 小时以上，就应当选用厚涂型钢结构防火涂料。
2.1.2包封法
空心包封法：通常会选用防火板或者耐火砖，沿着钢构件的外围边界，把钢构件给包裹起来。在国内的石化工业钢结构厂房中，大多是运用砌筑耐火砖来包裹钢构件的方式对钢结构进行保护。这种方法的优势在于强度高且耐冲击，然而其缺点是会占用比较大的空间，并且施工过程较为麻烦。还会采用耐火轻质板材，像纤维增强水泥板、石膏板、蛭石板等作为防火外包层。大型钢构件采用箱式包裹的方法，其装修面平整光滑，成本较低，损耗较小，不会造成环境污染，还具有耐老化的特性，推广前景较为良好。
实心包封法：一般是通过浇筑混凝土来进行操作，把钢构件包裹起来，使钢构件完全被封闭。例如上海浦东世界金融大厦的钢柱就运用了这种方法。这种方法的优点在于强度高且耐冲击，然而其缺点是混凝土保护层会占用较大的空间，施工过程也比较麻烦，尤其是在钢梁和斜撑上进行施工时，难度极大。
2.2 水冷却法
水冷却法包括水淋冷却法和充水冷却法。
2.2.1 水淋冷却法
钢结构上部布置了自动或手动喷淋系统，这就是水淋冷却法。发生火灾时，会启动喷淋系统，从而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，水分会蒸发并带走热量，这样就能延缓钢结构建筑达到其界限温度。同济大学土木工程学院大楼使用了水淋冷却法。
2.2.2 充水冷却法
空心钢构件内会充水。水会在钢结构内进行循环。水能够吸收钢材自身受热所产生的热量。这样一来，钢结构在火灾中就能保持较低的温度。钢结构不会因为升温过高而丧失承载能力。为了防止锈蚀和结冰，水中需要添加阻锈剂和防冻剂。美国匹兹堡 64 层的美国钢铁公司大厦的钢柱采用了充水冷却法。
3、防火措施比较
阻热法借助阻热材料能够降低热量向结构构件传导的速率。总体而言，隔热法在经济性和实用性方面表现较好，在实际工程中的运用较为广泛。水冷却法是抵御火灾的一种有效的防护手段，然而，由于这种方法对结构设计有特定要求，并且其成本较高，所以目前在工程领域尚未得到广泛推广。
阻热法在钢结构防火保护领域被广泛应用。因此，接下来着重对阻热法措施里的喷涂法和包封法的优缺点进行比较。
3.1 耐火性
在耐火性能方面，包封法比喷涂法更优。混凝土、耐火砖等这类包封材料的耐火性要比一般的防火涂料好。并且，新型防火板的耐火性能也比防火涂料好。它的耐火极限明显比同厚度的钢结构防火隔热材料高，比膨胀型防火涂料更高。
3.2耐久性
包封材料如混凝土的耐久性较好，不易随时间推移而性能劣化。而耐久性一直是钢结构防火涂料难以解决好的问题。以有机组分为主的薄型和超薄型防火涂料，无论是用于室外还是室内，其有机组分都有可能出现分解、降解、老化等情况，进而导致涂层剥落粉化或失去防火性能。
3.3施工性
钢结构防火的喷涂法施工较为简便，无需使用复杂的工具就能进行施工。然而，喷涂法在防火涂料施工质量方面的可控性较差，对于基材的除锈、防火涂料的涂层厚度以及施工环境湿度等方面较难进行控制；包封法施工相对比较复杂，在斜撑、钢梁等部位体现得尤为明显，但是其施工的可控性较强，质量容易得到保证。并且能够较为准确地通过改变包封材料的厚度来控制耐火极限。
3.4 环保性
喷涂法施工时会污染环境，尤其在高温作用下还能挥发出有害气体。包封法在施工过程中不会有有毒释放物，在正常使用环境下也不会有，在火灾高温情况下同样不会有，这有利于环境保护以及火灾时人员的安全。
3.5 经济性
喷涂法施工较为简单，工期也较短，施工费用相对较低。然而，防火涂料的价格比较高，并且由于涂料存在老化等方面的缺点，其维护费用就会比较高。包封法施工的费用较高，但是所使用的材料价格较为便宜，而且维修费用也较低。总体而言，从经济方面来看，包封法的经济性较好。
3.6 适用性
喷涂法不受构件几何方面的限制，它多用于对梁、柱、楼板、屋盖等各个构件进行保护。喷涂法特别适用于轻钢结构、网架结构和异形钢结构等空间结构体系的钢结构防火保护。包封法施工较为复杂钢结构防火设计，尤其是对于钢梁、斜撑等构件，包封法一般较多地用于柱子，其适用范围不如喷涂法广泛。
3.7 占用空间
喷涂法使用的防火涂料体积小。包封法使用的包封材料如混凝土、防火砖会占用空间，从而减小使用空间。并且包封材料质量较大。
4、总结
通过论述可以得到以下结论：
钢结构防火保护措施的采用需考虑诸多方面因素的影响。其一，要考虑构件类型；其二，要考虑施工难易度；其三，要考虑施工质量要求；其四，要考虑耐久性要求；其五，要考虑经济效益等。
通过比较喷涂法与包封法，可知喷涂法的主要优势在于施工工艺简便，并且喷涂后构件外形不会发生大的改变。而包封法的主要优势在于成本较低，同时其防火性能和耐久性都比较好。
各种防火措施均有其自身的优势与不足。在工程运用方面，可将它们的优势相互借鉴，弥补各自的不足，将多种防火措施结合起来运用。并且能够通过采取不同的措施，设置多道防火防线。
木结构防火
木结构建筑的防火问题一直是人们最为担心的。现代木结构建筑是一个完整且成熟的建筑体系，有配套的建筑防火规范。设计人员若按照规范进行设计，那么其建筑防火性能和一般的钢筋混凝土建筑是相同的。中国现行的《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014），其第十一章明确规定了现代木结构在高度、建筑面积、适用类型、建筑物之间防火间距、构件耐火极限以及消防设施配置等方面的被动和主动防火技术要求。
现代木结构体系主要分成轻型木结构体系、重型木结构体系、正交胶合木体系以及组合体系。在应用过程中，对于是采用轻型木结构体系还是重型木结构体系，主要是由建筑物的规模以及使用功能来决定的。并且，这两种体系在达到规定的消防安全水平时所采取的手段也是不一样的。
轻型木结构的防火机制
轻型木结构建筑的防火安全性能与墙体、楼盖和屋顶等整体构件相关。这些整体构件的耐火极限和燃烧性能决定了建筑的防火安全性能。因为这些构件采用了具有很好耐火性能的石膏板覆面，所以整个构件的耐火极限和燃烧性能能够满足防火规范的要求。并且，这与木材本身是可燃材料关系不大。石膏板的种类、厚度以及构件的组成方式决定了构件所能达到的耐火极限要求。试验表明，轻型木楼板的耐火时间能达到 45 分钟到 2 小时，并且还可能更长；同时，轻型木墙体构件的耐火时间也能达到 45 分钟到 2 小时，甚至更长。
图：在燃烧试验中被耐火石膏板覆盖的轻型木骨架墙体
重型木结构的防火机制
重型木结构采用截面尺寸较大的锯材或复合木材当作承重梁和柱。重型木结构建筑里的木结构构件需达到一定尺寸。上世纪 90 年代发展起来的正交胶合木体系，是将 15 - 45mm 层板相互叠层正交组胚后制作成大板，以此作为墙体、楼盖和屋盖的一种结构体系，并且它也是重型木结构的一种。重型木结构依据大断面木材在高温下炭化缓慢且速度较为恒定这一特点，从而达到防火性能的要求。重木结构通过采用有效截面法，能够对梁、柱、板构件的耐火极限进行计算，以此来满足防火规范的相关要求。
图：在燃烧试验中被表面碳化的重型木结构构件
现代木结构建筑的综合防火措施
现代木结构建筑的防火需要有系统且完善的措施。一方面要求木结构构件要满足相应的耐火极限要求，另一方面还要考虑以下这些因素：
木结构建筑根据不同使用功能配置合理、完备的主动消防措施，包括自动喷水灭火系统、火灾报警系统、建筑灭火器、消火栓灭火系统等。
满足木结构建筑之间的防火间距要求；满足木结构与其他建筑之间的防火间距要求。
3、建筑物在火灾时的人员安全疏散设施的设置条件及要求；
4、建筑隐蔽空间必须进行防火分隔；
5、管道、电气线路应考虑足够的防火保护措施。
视频：现代木结构与消防安全
木结构在施工中未达到设计要求的防火安全保护。施工现场环境复杂，不安全因素多，疏散条件差。这些情况应予以特别重视。《多高层木结构建筑技术标准》（GB/T51226-2018）于今年 10 月 1 日起正式实施，其中对此有详细规定。
总结
没有建筑结构能做到完全防火，所有建筑材料都可能被火灾影响。有些建筑材料像钢材或许不会燃烧，然而在遭遇典型建筑火灾时，它们可能会丧失强度，进而致使整体结构失效。同时，还增加了消防救援的难度，因为其结构失效的时间难以预测。木结构建筑很灵活，在地震等极端情况下，其性能比其它主要建筑材料更好。
