摘要：钢结构建筑因其自重轻，抗震性能好，装配化程度高，施工进度快等特点，近年来得到广泛应用。钢材属于不燃烧材料，但在火灾条件下，通常钢材的临界温度仅为550℃，不加防护的钢结构耐火极限为15min左右，火灾时钢结构将会发生大的变形，从而失去承载能力。因此，钢结构防火设计尤为重要。本文根据GB50016—2014《建筑设计防火规范》（2018版）、GB51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》有关要求，将钢结构进行防火设计处理，防止钢结构在火灾中迅速升温发生变形而倒塌。
竹镂舟蛾关键词：建筑；钢结构；防火设计；规范要点
前言
结合建筑钢结构防火设计相关新规范的施行和设计计算要求，本文对建筑防火设计相关的规范和基于结构耐火承载力极限状态验算的钢结构防火设计方法进行基本了介绍，并重点介绍了基于耐火验算的钢结构防火设计流程和设计要点。
1钢结构防火设计规范要求和流程
鉴于实际工程中主要选用防火涂料为建筑钢结构防火保护措施，本节的内容主要基于国标钢结构防火规范和新版钢结构防火涂料规范两本规范及相关规范进行整理。 1.1强制性条文
两国一制钢结构防火规范中的强制性条文有4条，分别为第3.1.1，3.1.2，3.1.3，3.2.1条，其中第3.2.1明确规定钢结构应按结构耐火承载力极限状态进行耐火验算与防火设计。这意味着以往只规定建筑耐火等级、构件耐火极限和防火涂料选型的简易设计方法不再适用。基于耐火承载力验算的钢结构防火设计由结构工程师承担，验算和设计成果不仅要反映在设计图纸上还需要以计算书的形式提供给消防主管部门或审图单位审核，并作为消防验收的依据之一。钢结构防火涂料规范中第5.1.5条、第5.2节和第7章为强制性条文。第5.1.5条分别规定了膨胀型和非膨胀型防火涂料涂层的最小施涂厚度;第5.2节规定了各类型防火涂料的性能要求，其中第5.2.3条中明确规定依据该规范基于标准钢梁的耐火试验结果(防火涂料涂层膜厚和构造措施)仅适用于同类型且截面系数更小的基材;第7章为产品检验规则的相关条文。
1.2钢结构防火设计方法和流程
虽然国标钢结构防火规范已强调要求以钢结构结构耐火极限状态进行耐火验算和防火设计，在工程实践中开展结构防火设计并提供技术依据可以有下列两种方法:（1）直接基于标准耐火试验(钢结构防火规范第3.2.6条);（2）开展耐火承载力极限状态验算。其中，基于结构构件或相应的缩尺模型开展耐火极限试验，能够非常直观地判定结构构件及其防火保护措施的采用是否使目标构件达到耐火极限的要求;但采用试验方法时试件设计、荷载施加等过程较为专业和繁琐，火灾试验耗费耗时;且专门的耐火试验针对性强主要用于个别工程项目中的特殊结构或构件，当结构构件和防火保护措施的构造发生变化、构件形状及几何尺寸变化、边界条件和荷载条件变化、防火材料类型和产品型号变化等情况都使得特定的试验数据适用范围受限。开展耐火验算是更为有效和便捷的防火设计方法，该方法仍然依赖基于标准钢梁的火灾试验，并结合少量参数包络的典型结构构件火灾试验以获取防火材料性能指标。由于结构构件形式、截面类型、尺寸和荷载水平各不相同，各构件的耐火性能和所需防火保护的差异较大，而防火保护措施特别是采用防护涂料时对逐根构件进行差异化设计显然会给施工和验收带来极大不便。因此，开展钢结构防火设计并采取防火保护措施应尽可能取包络结果以降低结构防火工程的难度。
2设计要点及讨论
由于以国标钢结构防火规范和新版钢结构防火涂料规范为主的新规范实行或升版，建筑钢结构防火设计迎来了较大的变化，由较为粗糙的基于说明性要求的设计方法提升到基于结构耐火承载力极限状态验算的防火设计方法。如此巨大的变化下，一方面由于结构设计师对结构防火设计的熟悉程度不足，在开展相应设计计算中面临着一定的挑战;另一方面由于我国长期以来开展防火材料相关耐火试验的规模仍然较为有限，材料规范和检测要求、设计规范之间仍然缺乏一些衔接，同时实际工程项目情况各异，导致钢结构防火设计过程中在既有试验数据的条件下严格执行规范条文有一定的困难。总结起来，主要有以下几个方面值得注意:
（1）除特殊情况外，普通工业与民用建筑钢结构防火设计应基于ISO-834标准火灾升温曲线开展，采用非标准火灾升温曲线或开展消防性能化设计应通过专项论证并获得消防主管部门认可。
（2）对于大空间建筑结构，基于整体结构耐火验算的防火设计方法需要结合建筑防火分区并选取最不利火灾场景进行验算，同时应考虑结构的热膨胀效应、结构材料性能的高温影响和结构非线性的影响，当前尚缺乏相关通用结构设计软件，应结合通用有限元分析程序开展计算分析，必要时还需要采用FDS软件进行大空间火场分析。
（3）以确定防火涂层或其它防火材料的施用厚度为目的时，基于整体结构耐火验算和构件耐火验算的防火设计方法中均需要材料的性能参数，特别是等效热传导系数或等效热阻，当采用非轻质防火材料时还需要知道材料的密度和比热。非膨胀型涂料的物理热工特性相对较为稳定，基于标准钢梁试验耐火试验的结果可供设计计算参考;对于膨胀型防火涂料，由于材料的等效热阻与构件几何特征、涂层膜厚和受火状态、受火时长等因素有直接关系，既有的标准钢梁耐火试验数据对设计计算的参考价值有限;而非轻质防火材料在高温下的比热与等效热传导系数等参数目前尚普遍缺乏参考数据。
（4）由于国标钢结构防火规范中明确了结构构件的截面系数、荷载水平等为影响其升温和耐火极限的主要因素，并且对防火涂料基于标准钢梁耐火试验数据的适用范围根据截面系数进行了限制。由于实际工程中构件截面种类、几何尺寸、荷载水平等多样，而既有的标准钢梁耐火试验的参数范围较为单一无法覆盖实际情况，因此合理且丰富的材料试验数据的缺乏是制约基于耐火验算的建筑钢结构防火设计的主要因素之一。gn205
（5）要做到建筑钢结构防火设计的合理有效，不仅要关注防火保护措施的选型、构造还要留意防火材料及其构造的可靠性和耐久性，应明确加网等防火涂料涂层构造加固措施;虽然
膨胀型防火涂料因涂层薄、施工方便、美观等因素受到建筑师的青睐，仍应考虑其耐火性能有限、耐久性等因素而谨慎使用。
（6）非膨胀型防火涂料和膨胀型防火涂料均存在耐久性问题，对非膨胀性涂料而言主要反映在强度低、附着力差、易空鼓或脱落等方面;而膨胀型涂料主要反映在其主要有机组分的亲水性上，特别在潮湿、没有配套施涂合理面漆的情况下，其耐火性能(主要是膨胀发泡能力)会逐步降低。因此，防火涂料的定期检测、维护和修补是保证建筑钢结构防火性能的有效手段，在设计时有必要进行合理的考虑。
（7）特别对膨胀型防火涂料涂层，防火涂料与防腐配套(底漆和中间漆)之间的兼容性是影响其施工质量、防火性能和耐久性能的关键因素。当兼容性不符合要求时，容易出现涂层起皮或水性涂料的闪锈等施工质量问题，同时也会影响涂层在高温下的附着力，设计时应提出相关要求。
贾鲁河结束语
建筑钢结构的耐火性能较差，是因为钢材热传导系数很大，火灾下钢构件升温快；钢材强
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度随温度升高而迅速降低，使钢结构不能承受外部荷载而失效破坏。因此，为了防止和减小建筑钢结构的火灾危害，必须对钢结构进行科学的抗火设计，采取安全可靠、经济合理的防火保护措施。
参考文献：
［1］建筑设计防火规范:GB50016—2014［S］．2018年版．
［2］钢结构防火涂料应用技术规范:CECS24:90［S］．北京:中国计划出版社，1990
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