4.5.1 钢结构住宅建筑的防火特性及难点
4.5.1.1 钢结构的受火特性
钢结构虽然是不燃烧体，但其材料化学特性决定了钢材不耐火、不抗烧、极易导热。普通建筑用钢材（通常为Q235或Q345），在全负荷状态下失去静态平衡稳定性的临界温度为500℃左右，一般在300～400℃时钢材强度就开始迅速下降。一般无任何保护及覆盖物的钢结构的耐火极限只有15分钟左右的时间，远远低于建筑设计防火规范的要求。因此，普通建筑用的钢材作为建筑物的承载主体，一旦发生火灾，在高温作用下，其承载力急剧下降，致使钢结构不可避免地出现变形，造成建筑物部分或全部坍塌。
4.5.1.2 钢结构住宅的消防安全问题
钢结构住宅建筑除前文所述具有钢结构建筑共性的火灾危险性外，还存在其特有的消防安全问题。
一、消防设施相对缺乏
对于其他民用建筑的消防设施，如消防报警系统、自动喷淋系统，国家防火规范都有比较明确的要求。住宅建筑长期以来作为量大面广的经济类建筑，造价、投资标准较低，除高度超过100m的超高层住宅和属于一类高层建筑的高级住宅的居住用房应设置自动喷水灭火系统外，其他类型的多、高层住宅均只需消火栓系统。由此可见，如同样采用钢结构体系的民用建筑，住宅建筑由于规范没有要求设置自动喷水灭火系统，其消防安全系数相对来说就比较低。
二、钢结构防火保护设施的耐久性问题
1．住户装修对钢结构防火保护层的破坏。商品住宅销售给居民购房者，住户通常会对房屋进行个性化装修。住宅建筑如果采用钢结构体系，即使对其采取了防火保护措施，由于入住居民缺乏这方面专业知识，不知其重要性，在装修过程中未对其进行保护，一旦钢结构保护层被破坏甚至剥落，往往不会进行修复，一旦发生火灾，会影响到建筑主体结构安全，造成生命财产损失。
2．消防安全管理困难。民用公共建筑的产权单位、使用单位或物业管理单位，对建筑实行统一管理，可对各房间进行定期检查，便于及时发现问题，积极整改。而住宅建筑，由于其私有性，管理单位很难进行长期入户检查，一旦钢结构防火保护层被破坏或发生老化失效，无法及时发现，导致隐患长期存在。
4.5.2 钢结构住宅建筑防火的目的
首先是增加钢构件的耐火极限，延缓钢结构达到临界温度的过程，防止承重结构倒塌，为灭火救援和人员安全疏散提供尽可能多的时间；其次是保护钢结构在火灾中免遭破坏，避免钢结构局部或整体坍塌，最大限度地减少人员伤亡；再次是缩短火灾后钢结构功能恢复的周期，尽量减少修复费用，尽快恢复居民正常生活。
4.5.3 钢结构住宅的防火措施
对于结构体系的防火可分为被动和主动两种方式。
被动防火措施包括:在火灾中保证建筑结构稳定的措施；根据规范要求将建筑根据面积和楼层划分为不同的防火分区；布置人员疏散通道。
主动防火措施包括:火警装置，如火灾报警器；自动灭火装置，如自动喷淋系统。
防火分区及疏散通道在防火规范中已有详细规定，这里不再赘述，其他几项分别论述。
4.5.3.1 结构安全性保护（被动防火）
一、开发和应用建筑耐火钢，改善钢结构本身的耐火性能
改革钢结构的材料组分，使其具有特定的成分、表面结构和微观组织，增强其抗火耐高温的性能，是提高钢结构建筑消防安全系数的重要措施之一。根据研究，在钢材中添加微量的铬、钼、铌等合金元素，可有效提高钢的抗火性能。日本新日铁于1988年7月完成50公斤级耐火结构用钢SM490RF的开发，其后的3年内即有18件的应用案例及2万多吨的销售成绩。其FR钢的耐火目标为600℃，即在600℃时钢材的屈服强度还能维持在室温时的2/31。我国宝钢集团在国内率先开发出耐火耐候钢（年产量100万t），通过合适的技术，使钢材含有特定的成份、表面结构和微观组织，从而使钢材本身具备结构所需的耐火性和耐候性，并已在上海中福城住宅工程中试用。(www.daowen.com)
二、钢结构防火保护，提高构件耐火极限
1．钢构件的防火保护措施种类
（1）外包层。这个名称含义广泛，包括所有以包覆法保护钢结构构件以抵御火灾的材料和方法。细分有实体外包和板材外包。最常用的实体外包法是将现浇混凝土浇灌于临时模板中以封闭钢柱钢梁。另外，也可以用各种不燃砌块砌筑在钢材周围，还可以采用钢板网抹灰外包等方式。板材外包有防火石膏板外包、金属套柱外包等。
（2）膨胀材料。现在市场上开发了较多品种的膨胀型防火涂料，这些材料在受热时会发泡膨胀，在钢材外形成一层适当厚度的保护层，从而延长承重构件的耐火极限。防火涂料又分厚型和薄型。厚型涂料一般涂敷厚度为2～3cm，耐火极限可达2～3小时。厚型涂料组份颗粒较大，涂层外观不平整，大多用于结构隐蔽工程。薄型涂料涂敷厚度为2～5mm，耐火极限一般不超过2小时。薄型涂料外观效果好，但多数为有机涂料，长期暴露在空气中容易老化而导致防火性能的降低（图4-18）。
图4-18 钢结构防火保护种类
1～3为混凝土外包；4为膨胀型防火喷涂；5为防火板外包；6、7为外加金属套柱（内填岩棉）
2．不同防火保护措施的综合比较（表4-5）
（3）充水法。暴露在火中的钢结构，防止温度过高的有效方法是将钢结构设计成空心构件并充满冷却水。火灾发生时，柱子好像炉子上的水壶，只要柱内有水，温度就不会高于100℃。这种方法对抗火灾行之有效，但由于需要一整套水循环系统，设备工艺状况复杂，防腐、防冻措施要求较高，造价难于估算。目前只在欧美等国家有建成的建筑案例。
（4）屏蔽。所谓屏蔽，是将不加保护的钢结构包藏在耐火材料构成的墙体或顶棚内，例如将钢柱、钢梁包在两片墙之间的空隙里。这种方法从投资上比较经济，因为结构防火造价已基本含括在墙体造价内，但会造成建筑墙体加厚，导致有效使用面积减少（图4-19）。
表4-5 钢构件不同防火措施的综合比较
图4-19 墙体屏蔽保护
4.5.3.2 加强消防设施配置（主动防火）
一、提倡在钢结构住宅建筑中设置火灾自动报警系统和自动喷淋灭火系统
火灾自动报警系统可在火灾初期及时发现火情，尽早启动救援设施，有效控制火势并及时扑救。自动喷水灭火系统不但能控制火势蔓延和及时扑灭火灾，还能有效控制火场的环境温度低于260℃，因而能保护钢结构免遭火焰的威胁，避免结构倒塌，进而达到保护生命和财产安全的目的。根据美国的统计资料，1925—1964年间，安装喷淋灭火系统的建筑共发生火灾75290次，其中住宅火灾943次，喷淋系统灭火、控火的成功率高达95.5％ 。目前住宅均商品化，增加一部分投资以提高居住安全性，应可以被广大购买者所接受。
二、加强对防火设施的长期维护
1．推广住宅建筑统一装修，减少钢结构保护层的破坏。开发商向住户提供菜单式装修类型和报价，展示装修样板房，由开发商统一进行装修施工，最大程度避免钢结构保护层的破坏。
2．强化住宅设施的物业管理力度，提高居民消防安全素质。定期对消防设施进行全面检查，及时排除消防安全隐患。
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