劉宵亞

【摘 要】鋼結(jié)構(gòu)防火涂料在鋼結(jié)構(gòu)建筑中應用廣泛，也是鋼結(jié)構(gòu)建筑消防設計中重要的研究課題之一。文章結(jié)合實際工程經(jīng)驗，探討了鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的防火涂料在設計、施工中應注意的問題，并提出了相應的解決方案，以供廣大設計師與工程人員參考。

【關鍵詞】鋼結(jié)構(gòu)；防火涂料；工業(yè)廠房；設計與施工

【中圖分類號】TU391 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2017）05-0147-04

近年來，鋼結(jié)構(gòu)以其施工速度快、自重輕、抗震性能好，以及有利于環(huán)境保護、節(jié)能及建筑產(chǎn)業(yè)化等優(yōu)點，已成為中國工業(yè)建筑業(yè)的主流?，F(xiàn)階段，隨著“一帶一路”戰(zhàn)略進一步加速推進，大面積的鋼結(jié)構(gòu)廠房、多功能廠房、發(fā)電廠、物流倉庫等工業(yè)建筑項目正在中國及世界各地如火如荼地展開。由于鋼結(jié)構(gòu)耐火性能較砌體及混凝土結(jié)構(gòu)差，因此對鋼結(jié)構(gòu)的防火保護就顯得尤為重要，鋼結(jié)構(gòu)防火涂料就是最為常用的消防保護措施之一。隨著新的《建筑設計防火規(guī)范》于2015年5月1日正式實行，鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的研究、生產(chǎn)及應用已逐漸進入了高峰階段。

1 建筑鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的作用機理及分類

1.1 影響鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件升溫速率的主要因素

（1）構(gòu)件截面系數(shù)（截面周長/截面面積）如圖1所示。其中，截面周長是指暴露于火災或者熱源中的部分的周長，截面系數(shù)越小，則鋼構(gòu)件暴露于火災或者熱源中的部分越少，其升溫速度越慢，構(gòu)件的耐火時間越長，這是決定防火涂料涂層厚度的重要因素。

（2）鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的厚度。薄的構(gòu)件升溫速率高于厚的構(gòu)件。

（3）靜荷載。當靜荷載越小時，使鋼結(jié)構(gòu)失去承載能力的溫度就越高。

（4）構(gòu)件受力形式。柱、梁、網(wǎng)架構(gòu)件等由于其功能及位置的不同，承受的應力（例如壓力、拉力或者彎曲應力等）作用的類型也不同，其耐火性能也不盡相同。

防火涂料的性能測試正是基于以上原理進行，并通過詳細計算不同受火方式、截面形狀及截面系數(shù)等因素，得到各耐火極限所需防火涂料的涂層厚度。

1.2 鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的分類

根據(jù)防火涂料作用機理的不同，建筑鋼結(jié)構(gòu)防火涂料大致可分為膨脹型和非膨脹型防火涂料2種。

（1）膨脹型防火涂料。膨脹型防火涂料也稱為薄型防火涂料。膨脹型防火涂料涂層受熱時能膨脹發(fā)泡，形成一個比涂層厚幾十倍乃至幾百倍的耐燃海綿狀炭質(zhì)層，從而斷絕火焰對被保護鋼材的直接加熱，延緩鋼材升溫，保護鋼構(gòu)件。膨脹型防火涂料主要應用于耐火極限2 h以內(nèi)的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，具有自重輕、裝飾效果好、施工簡便、防潮、耐腐蝕等優(yōu)點。

（2）非膨脹型防火涂料。非膨脹型防火涂料也稱為厚型防火涂料。非膨脹型防火涂料依靠材料的不燃性、低導熱性及隔熱性，對鋼構(gòu)件起到了屏蔽和防止熱輻射的作用。非膨脹型防火涂料主要應用于耐火極限超過2 h的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件，具有耐火時間長、環(huán)保等優(yōu)點。

按照使用環(huán)境，建筑鋼結(jié)構(gòu)防火涂料還可以分為室內(nèi)和室外2種類型。室外型防火涂料對耐久性、防腐蝕性均有嚴格的要求，要求在室外環(huán)境下仍能做到不開裂、不起皮、不脫落，也不會出現(xiàn)任何變色、粉化現(xiàn)象。目前，由于技術原因，大多數(shù)國內(nèi)防火涂料公司僅能提供厚型室外防火涂料，只有少數(shù)幾家國外知名防火涂料公司可以提供薄型、超薄型室外防火涂料。

因此，在設計與施工時，我們需注意室內(nèi)型與室外型防火涂料的區(qū)別，不得將室內(nèi)型防火涂料用于室外鋼構(gòu)件，并對厚、薄型防火涂料做出適用的選擇。

2 防火涂料在設計與施工中遇到的問題與解決方法

2.1 屋頂承載構(gòu)件的界定

在《建筑設計防火規(guī)范》（GB50016—2014）中的第3.2.1條中，對不同耐火等級的廠房和倉庫建筑構(gòu)件進行了耐火極限的劃分，其中一項為“屋頂承載構(gòu)件”。因此，在建筑設計中，我們對屋頂承重構(gòu)件增加了防火涂料的消防要求。

屋面鋼檁條是直接承擔屋面圍護系統(tǒng)的受力構(gòu)件，大部分設計人員一般都會認為屋面檁條是屬于建筑設計防火規(guī)范中提出的“屋頂承載構(gòu)件”，應該按照規(guī)范要求涂刷防火涂料。

然而在《建筑設計防火規(guī)范》（2015修改版）給出的“屋頂承載構(gòu)件示意圖”中，卻未包括屋面檁條構(gòu)件，與設計人員的理解有出入（如圖2所示）。

由于在鋼結(jié)構(gòu)廠房中屋面鍍鋅鋼檁條的用量很大，所以檁條是否應算入屋頂承重構(gòu)件，對防火涂料的用量和工程造價有著舉足輕重的影響。

消防設計應從全局出發(fā)，統(tǒng)籌兼顧，既做到安全適用，又經(jīng)濟合理?？紤]到安全性，該問題應從建筑整體結(jié)構(gòu)安全性的角度考慮。如果屋面檁條構(gòu)件失去承載能力或穩(wěn)定性后，會對整體建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，可能導致建筑物倒塌時，則該構(gòu)件應算入“屋頂承重構(gòu)件”，增加消防要求，例如參加鋼梁平面外整體計算的屋面檁條；反之，如果該屋面檁條構(gòu)件退出工作對整體建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性沒有影響，則不需增加消防措施，例如不參與結(jié)構(gòu)整體計算的檁條。

根據(jù)實際工程設計經(jīng)驗，筆者對鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的幾種主要結(jié)構(gòu)形式的屋面檁條做了分類。

（1）門式剛架結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)形式下主要鋼構(gòu)件要求設計經(jīng)濟合理，計算時一般都會考慮屋面檁條作為鋼梁平面外穩(wěn)定的一個支撐，當該屋面檁條退出工作時會對鋼梁的整體穩(wěn)定造成影響，從而影響整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。因此，門式鋼架上的屋面檁條一般應算入“屋頂承重構(gòu)件”。

（2）鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)形式的屋面檁條多為主副檁結(jié)構(gòu)，主檁連接于上弦球節(jié)點的支托上，計算時只考慮檁條的自重，并不考慮其對其他主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響，也不參加結(jié)構(gòu)整體計算，對整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性沒有影響。因此，鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)上的屋面檁條一般可不算入“屋頂承重構(gòu)件”。

（3）鋼框架、排架結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)在計算屋面鋼梁時，有時會考慮屋面檁條對鋼梁整體穩(wěn)定的支撐作用，需根據(jù)各設計具體情況確定。建議在消防設計時，咨詢相應的結(jié)構(gòu)設計人員來決定是否將屋面檁條算入“屋頂承重構(gòu)件”。

實際工程中，由于屋面檁條防火涂料工程量及費用占比大，經(jīng)常發(fā)生多方對屋面檁條是否屬于“屋面承重構(gòu)件”，是否需要涂刷防火涂料的爭執(zhí)，因此在鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房的設計中，應在圖紙中明確哪些屋面鋼檁條屬于“屋頂承重構(gòu)件”，哪些層面鋼檁條是不需要涂刷防火涂料的。這樣既能保證建筑消防安全滿足規(guī)范要求，又能避免建設方糊里糊涂多花錢，也防止工程招標時漏項，做到安全、經(jīng)濟兩不誤。

2.2 防火涂料與鍍鋅鋼檁條的黏結(jié)問題

在工業(yè)建筑鋼結(jié)構(gòu)廠房中，屋面鋼檁條多采用熱鍍鋅處理，具有良好的防銹和耐腐蝕性。然而，由于鍍鋅層與防火涂料的黏結(jié)力不夠，在鍍鋅鋼檁條上直接涂刷防火涂料的效果并不理想，容易出現(xiàn)防火涂料附著不均或剝落等現(xiàn)象（如圖3所示）。

鍍鋅鋼檁條表面較光滑，在壓制及運輸過程中，又難免沾染油污，這就導致了鍍鋅層與防火涂料黏結(jié)力不足的問題。通過向國外某知名防火涂料廠家咨詢解決方案，也印證了以上結(jié)論。

因此，根據(jù)該廠家的建議，我們在實際工程中，要求對鍍鋅鋼檁條表面進行清潔預處理，其表面必須無油、油脂及腐蝕性物質(zhì)，然后才能涂刷防火涂料。該措施有效地保證了防火涂料與鍍鋅層的黏結(jié)力，增加了防火涂料的使用壽命。由于清潔工作量非常巨大，建議廣大設計師也將此措施編入設計說明書，這有利于工程量的統(tǒng)計。

2.3 非膨脹型防火涂料對鋼結(jié)構(gòu)墻面圍護安裝的影響

在鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房中，2 h以上的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件宜采用非膨脹型（厚型）防火涂料。因此，一般廠房鋼柱均需采用厚型防火涂料。根據(jù)國內(nèi)某家防火涂料廠提供的參數(shù)，耐火極限2.5 h所需厚型防火涂料的厚度約25 mm。而在鋼結(jié)構(gòu)圍護設計時，鋼柱與墻面檁條間一般僅預留20 mm空間，該空間內(nèi)需安裝內(nèi)墻板，內(nèi)墻板采用彩鋼板時波高約15 mm，剩余5 mm基本僅能滿足施工誤差的需求，鋼柱在該面的厚型防火涂料層無法滿足基本厚度要求，甚至不能施工，消防驗收也無法通過（如圖4所示）。

在設計中，應根據(jù)鋼柱防火涂料厚度做出相應的調(diào)整，建議采用以下2種解決方案。

（1）在內(nèi)墻板與鋼柱間預留足夠的空間（如圖5所示）。該方案涉及建筑外輪廓及鋼柱定位問題，應在設計初期就商定好。

（2）內(nèi)板不插入鋼柱，設計增加墻內(nèi)板與鋼柱的收邊節(jié)點（如圖6所示）。該方法較靈活，對前期方案定位無影響，但墻板安裝工序有所增加，需增加建筑設計節(jié)點，并提醒彩板供應商深化設計時注意放樣尺寸，盡量避免現(xiàn)場切割，影響墻面平整美觀。

2.4 非膨脹型防火涂料的荷載問題

根據(jù)建筑設計防火規(guī)范，當鋼結(jié)構(gòu)建筑耐火等級為一級時，鋼梁的耐火極限要求2 h。那么，鋼梁與鋼柱都可能需要采用非膨脹型（厚型）防火涂料（如圖7所示）。

前文已介紹非膨脹型防火涂料厚度一般不小于25 mm，對構(gòu)件有一定自重的增加。根據(jù)國內(nèi)某家防火涂料廠提供數(shù)據(jù)，非膨脹型防火涂料干密度約650 kg/m3，當一根截面為800（h）×300×14×20的“H”形鋼需涂刷非膨脹型防火涂料時，計算其自重至少增加45 kg/m。

然而，許多工程設計中并未考慮構(gòu)件上厚型防火涂料的這部分自重，這在一些輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房結(jié)構(gòu)中則更加不安全。建議廣大設計師在設計門式剛架及一些荷載較小的輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房時，注意非膨脹型防火涂料對結(jié)構(gòu)自重的影響，應在設計初期明確并提醒結(jié)構(gòu)工程師哪些構(gòu)件需要涂刷非膨脹型防火涂料。

2.5 非膨脹防火涂料的外觀問題

非膨脹型防火涂料的施工方法類似墻面膩子粉刷，不能調(diào)色，較粗糙，干燥后為中灰色，與混凝土顏色相近。因此，非膨脹型防火涂料的外觀與一般油漆構(gòu)件、薄型防火涂料構(gòu)件及金屬墻面都很不協(xié)調(diào)（如圖8所示）。

最簡單的解決方案就是根據(jù)建設方要求的顏色，在防火涂料外再涂刷用調(diào)好顏色的普通墻面涂料。由于面漆涂料的增加涉及工程費用的增加，所以建議在類似鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房建筑設計時，事先向建設方闡明非膨脹型防火涂料外觀問題，再根據(jù)建設方的要求確定是否需要增加非膨脹型防火涂料的面層涂料說明。

3 結(jié)語

鋼結(jié)構(gòu)防火涂料在鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房中應用廣泛，是建筑消防設計中最重要的環(huán)節(jié)之一。本文幫助廣大設計師及工程人員從鋼結(jié)構(gòu)的受熱特性和防火涂料的防火機理入手，根據(jù)新版規(guī)范，針對鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房中屋頂承重構(gòu)件的界定、防火涂料與鍍鋅構(gòu)件的黏結(jié)、非膨脹型防火涂料對圍護墻面設計、安裝的影響及實際工程項目中遇到的一些防火涂料設計、施工問題提出了有效的解決方案，并在實際工程中成功應用，通過了消防及竣工驗收，供同行參考。

參 考 文 獻

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[責任編輯：陳澤琦]