钢结构构件防火要求全解析，耐火极限及保护措施需留意

一、防火材料

1.1  防火要求

钢结构构件的耐火极限设计标准，须依据建筑耐火等级，并遵循现行国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016的条款执行，柱间支撑的耐火极限须与柱体一致，楼盖支撑的耐火极限须与梁体相符，屋盖支撑及系杆的耐火极限须与屋顶承重构件相匹配。

当钢制结构部件的防火耐力经过核算发现低于预设的耐火标准，就需要实施防火加固手段。

钢结构节点的防火处理，需要参照所有连接构件里防火标准最高的那个来执行。

钢结构防火设计文档需要标明建筑耐火级别，构件设计耐火极限，构件防火保护方法，防火材料性能标准以及设计参数。

当施工选用的防火防护材料的等效热导率与设计文件中的要求不相同时，需要按照防火保护层的等效热阻相等的准则来确定保护层的应用厚度，并且这个厚度需要得到设计单位的批准。对于非膨胀型钢结构防火涂料和防火板，可以依照规范来决定防火保护层的应用厚度；而对于膨胀型防火涂料，则能够根据涂层的等效热阻直接来决定其应用厚度。

1.2  防火保护措施

钢结构的防火处理能够通过以下方式单独实施或组合运用：包括涂刷防火涂料，包裹防火板材，加装防火包覆层，或者构建防火隔断。

1）喷涂(抹涂)防火涂料；

2）包覆防火板；

3）包覆柔性毡状隔热材料；

4）外包混凝土、金属网抹砂浆或砌筑砌体。

1.3  防火涂料

1.按火灾防护对象分为：

一般工业与民用建筑钢结构表面使用的防火材料为普通钢结构防火涂料。

b）这种防火涂料专门用于特殊建筑物的钢结构表面，比如石油化工设施和变配电站等，起到防火保护作用。

2.按使用场所分为：

室内钢结构防火涂料，是涂抹在建筑物内部或隐藏工程钢结构表面的一种特殊涂料，其主要作用是提升防火性能。

室外建筑钢结构所用防火涂层，适用于露天工程钢结构表面，其主要功能是防火保护。

3.按分散介质分为：

水基性钢结构防火涂料，是以水为分散介质，专门用于钢结构防火处理的涂料。

b) 溶剂性钢结构防火涂料，是以有机溶剂作为分散介质的钢结构防火涂料。

4.按防火机理分为：

膨胀型钢结构防火涂料，这种涂料在高温环境下会膨胀发泡，从而形成耐火隔热保护层，用于钢结构防火处理，在国内这种涂料也被称为超薄型、薄型防火涂料。

b）这种防火涂料在高温下不会发泡膨胀,涂层的材质能够形成耐火隔热保护层,用于钢结构防火处理（在国内这种涂料也被称为厚型防火涂料）。根据最新规范,已经不再以厚度来区分不同类型的防火涂料。

5.耐火性能分级：

钢结构防火涂料能承受的高温时间有：五十分钟、一个小时、一个半小时、两个小时、两个半小时和三个小时。

钢结构防火涂料的耐火等级分类，参照《钢结构防火涂料》里的表格1。

6.型号

钢结构防火涂料的产品代号用字母GT来表示,它的相关特征代号包括使用场所特征代号,其中N代表室内环境,而W则代表室外环境,分散介质特征代号用S和R区分,分别对应水基性和溶剂性,防火机理特征代号有P和F两种,分别对应膨胀型和非膨胀型,主参数代号依据《钢结构防火涂料》中表1的耐火性能分级代号来表示

以GT-NRP-Fp1.50-A为例,这代表一种适用于室内的溶剂型膨胀型普通钢结构防火涂料,其耐火等级为Fp1.50,而自定义的标识符号是A。

7.技术要求：

1）钢结构防火涂料应能采用规定的分散介质进行调和、稀释。

钢结构防火涂料可以用喷涂、抹涂、刷涂、涂、刮涂这些方式中的一种或多种方式来施工,它必须在正常的自然环境条件下干燥固化,涂层完全干透之后不能有让人不舒服的味道。

复层涂料之间需要保持协调，基层面漆必须能够与防锈油漆相容，或者基层面漆本身具备防锈功能。

膨胀型钢结构防火涂料的涂层厚度要达到1.5毫米以上，非膨胀型钢结构防火涂料的涂层厚度要达到15毫米以上。

8.钢结构采用喷涂防火涂料保护时，应符合下列规定：

1）室内隐蔽构件，宜选用非膨胀型防火涂料；

制作耐火时间超过一个半小时的构件，不建议使用膨胀性防火材料，

室外和半室外的钢结构，涂装膨胀型防火涂料时，必须挑选能够满足环境对性能指标要求的产品，

4）非膨胀型防火涂料涂层的厚度不应小于10mm；

5）防火涂料与防腐涂料应相容、匹配。

1.4  防火板

对能够实现防火保护功能的板材，除了需要具备常温环境下各种优异的物理力学指标，在高温条件下，于规定时限内还应满足以下要求：

1）在高温下应保持一定强度和尺寸稳定，不产生较大收缩变形；

在火焰中不会破裂,也不会出现断裂,否则会损害板材的整体牢固程度和保温效果。

必须具备出色的保温效果，确保受保护的基础材料不会因温度急剧上升而遭受破坏。

使用防火板围护钢构件使其完全封闭，能够实现显著的防火功能，同时防火板的表面效果美观，还可以充当装饰用途，安装过程属于干式作业，整体成本控制较为经济，特别适合用于对钢柱进行防火处理。

防火板可以依据密度区分为低密度、中密度以及高密度三种类型，同时也可以按照使用厚度区分为防火薄板和防火厚板两种类别。

防火板材包括纸面石膏板、纤维增强水泥板、玻镁平板等种类，其密度范围在800千克每立方米到1800千克每立方米之间，厚度通常介于6毫米到15毫米之间。这类板材适用的工作温度上限为600摄氏度，不能单独用于钢结构构件的防火处理，主要应用于轻钢龙骨隔墙的饰面材料、吊顶装饰板，或是钢梁和钢柱经过非膨胀型防火涂料处理后的装饰覆盖层。

这种防火板材密度较低，热量传导能力不强，能够承受高达一千摄氏度以上的高温，它的厚度可以依据设计要求和耐火程度来决定，通常在十毫米到五十毫米之间，因为它本身耐火隔热性能很好，可以直接用于钢结构防火，从而延长结构的耐火时长。当前，较为完善的防火板材主要有硅酸钙类和膨胀蛭石类两种，这两种板材的构成大体上与普通防火涂料相似，在美、英、日等国家的钢结构防火施工中已被广泛采用，但由于国内自主制造的防火板材数量不多且成本偏高，这类板材目前在国内的使用频率相对较低。

6.用防火厚板作为钢结构防火材料有如下特点：

分量较轻：其密度在四百到五百千克每立方米之间，大约只有普通建筑板材的一半或四分之一那么重。

2)强度较高：抗折强度为0.8~2.5MPa；

它的隔热效果很出色，导热系数不超过0.08W每米开尔文，这种隔热能力比相同密度的其他隔热防火涂料要强得多。

这种板材耐热性能优异，可在1000℃高温环境下稳定工作，经1000℃加热三小时后，其线性尺寸变化不超过2%；采用该板材对钢梁和钢柱进行保护，能够显著提升其耐火性能，使耐火极限超过三小时。

5)尺寸稳定：在潮湿环境下可长期使用、不变形；

6)耐久性好：理化性能稳定，不会老化，可长期使用；

7)易加工：可任意锯、钉、刨、削；

8)无毒无害：不含石棉，在高温或发生火灾时不产生有害气体；

外观美观：表层平坦细腻，无需额外处理，即可在基材上实施上漆、粘贴等美化活动。

进行钢结构防火保护时，构造防火板的包裹方式需依据构件的形态，并结合其所在位置，在确保耐火效果的前提下，着重考虑其固定性和稳固性，从而完成包裹构造的规划。此外，用于固定和支撑防火板的骨架以及粘合剂，必须选用非燃材质，骨架材料应易于与构件和防火板相接合，粘合剂需具备在高温环境下维持一定强度的性能，以此确保结构保持稳定和完整。

1.5  柔性防火毡

柔性毡状隔热材料也称作柔性防火毡，它由硅酸铝纤维毡、岩棉毡、玻璃棉毡等多种矿物棉毡构成。安装时能够借助钢丝网直接将防火毡固定在钢材上，这种做法具有良好的隔热效果，操作起来简单方便，成本也较低，适合安装在不易遭受机械损伤且不受潮的室内区域。硅酸铝纤维毡的导热性能很差，化学性质稳定，耐热性能优良，同时柔韧度较高，因此在工程领域被广泛采用。

2.包覆构造的外层应设金属保护壳。

包裹结构须确保，仅受物料本体重力时，不会让垫状物料产生体积分布不均的形变。金属外壳需安放在承托部件上，该承托部件要安设在钢结构上，承托部件属于非燃材质。

柔性毡状材料的防火保护层，其厚度需满足设计标准，允许存在偏差，这个偏差范围是正负百分之十，同时绝对值不能超过三毫米。当这种保护层的厚度超过一百毫米的情况下，施工时必须分成多个层次来进行。

1.6  外包混凝土、金属网抹砂浆或砌筑砌体

钢结构实施外部混凝土包裹、金属网覆盖砂浆层涂抹或采用砖石结构进行防护时，务必遵循以下准则：

1）当采用外包混凝土时，混凝士的强度等级不宜低于C20；

使用外包金属网抹砂浆时，砂浆的强度等级不能低于M5等级；金属丝网的网格尺寸不可超过20毫米，丝的直径不能小于0.6毫米，砂浆的最小厚度不可少于25毫米。

3）当采用砌筑砌体时，砌块的强度等级不宜低于MU10。

混凝土保护层、砂浆保护层和砌体保护层的厚度必须不小于设计要求值，混凝土保护层和砌体保护层的允许偏差为负10%，且不能超过负5毫米，砂浆保护层的允许偏差为负10%，且不能超过负2毫米。

混凝土保护层的表层需要平滑，不能有显著的空洞、破损、裂纹等瑕疵；砂浆保护层的裂纹幅度不可以超过1毫米，并且在每米长度上裂纹数量不能超过三条；砌体保护层要实现同层错位排列、上下层重叠衔接，并且边缘要规整。

1.7  复合防火保护

常见的复合防火保护措施包括：在钢结构表面喷涂非膨胀性防火材料，或者使用柔性防火材料进行包裹，接着再安装纤维增强无机板材、石膏板等作为装饰面层。这种做法效果显著，既隔热又保持结构完整性，同时兼具装饰效果，特别适合对耐火程度和美观度都有较高标准的钢柱和钢梁使用。

二、防腐材料

2.1  防腐蚀设计

钢结构抗蚀规划需全面权衡介质侵蚀力、环境状况、建造及养护条件等要素，依据地域特性，从下列方法中统筹挑选抗蚀措施或其搭配，

1）防腐蚀涂料；

2）各种工艺形成的锌、铝等金属保护层；

3）阴极保护措施；

4）耐候钢。

钢结构设计文件需要标明抗锈蚀措施，若选用涂覆或电镀方式，必须写清楚钢材的清理程度标准，以及选用的涂料种类或电镀材料，并标出涂覆层或电镀层的具体厚度，同时要说明使用方在使用期间需定期对钢结构进行抗锈蚀的检查和维护工作，最好能制定出抗锈蚀的维护方案。

2.2  防腐蚀涂料

防腐蚀涂料的配套组合中，底层漆、中间漆和表层漆之间必须具备优良的相互融合能力，最好全部选用同一个生产厂家的商品。对于建筑钢结构的防腐蚀保护层搭配，可以参照相关标准规范里推荐的方案来实施。

2.防腐底涂料的选择应符合下列规定：

锌和铝以及含有这两种金属成分的钢材，其底层涂料必须使用含锌黄成分的涂料，绝对不能选用含红丹成分的涂料。

涂刷有机富锌底漆或者无机富锌底漆时，应该使用环氧云铁或者环氧铁红涂料，绝对不能使用醇酸涂料。

3.钢材基层上防腐面涂料的选择应符合下列规定：

在酸性条件下，应采用聚氨酯、环氧树脂、丙烯酸聚氨酯、氯化橡胶、聚氯乙烯萤丹、高氯化聚乙烯这几种涂料类型；在弱酸性条件下，则可以考虑使用醇酸涂料。

在碱性环境条件下，应当采用环氧树脂涂刷材料，或者选用前文提及的其他涂刷材料，不过绝对不能使用醇酸涂刷材料。

室外环境适用涂料包括氟碳聚硅氧烷脂肪族聚氨酯、丙烯酸聚氨酯、丙烯酸环氧、氯化橡胶、聚氯乙烯萤丹高氯化聚烯和醇酸等,不可选用环氧、环氧沥青、聚氨酯沥青以及芳香族聚氨酯,也不宜使用过氯乙烯涂料、氯乙烯醋酸乙烯共聚涂料、聚苯乙烯涂料和沥青涂料。

钢结构防腐层最小规格需符合标准，户外工程涂层宜加厚二十至四十微米，涂层对钢铁基体的粘接力应不小于五兆帕。

2.3  热喷涂金属材料

选用铝、铝镁合金或锌铝合金作为热喷涂金属材料比较适宜,在腐蚀等级属于Ⅳ、Ⅴ或Ⅵ级的腐蚀环境中,钢结构防腐蚀应采用金属热喷涂方法进行处理。

金属热喷涂的封闭剂，黏度需要小，还要能和金属涂层很好地配合。金属热喷涂的涂装层涂料，要能和封闭层互相适应，同时也要有很强的抗腐蚀能力。封闭剂、封闭涂料和涂装层涂料，可以参考相关规范推荐的内容来选择。

2.4  锌

工件表面通过化学热处理的方式融入锌元素，称为渗锌工艺。钢制物件实施渗锌处理后，其抵御大气环境侵蚀的性能会大幅增强，这种技术常用于制造薄板类及标准化的零件。目前工业上普遍采用粉末喷涂和热浸镀锌两种主要技术手段来完成渗锌作业。

渗锌主要用来增强钢铁材料在空气和天然水体中的抗腐蚀能力，分为浸镀和扩散两种类型。热浸镀锌，也称作热浸镀锌或液体渗锌，得到的表面构造包含扩散层和锌层，属于浸镀类渗锌。扩散类渗锌层则完全由扩散层构成，通过粉末渗锌或真空渗锌方法形成。

热浸镀锌工艺首先需要对钢铁部件实施酸洗处理，目的是清除其表面附着的铁锈，酸洗完成之后，将部件浸入含有氯化铵或氯化锌的水溶液，或者同时含有这两种化学物质的混合溶液中进行进一步清洗，最后将清洗过的部件送入熔融金属槽中进行热浸镀作业。

粉末渗锌是将已清洁的工件置入含渗锌剂的密闭容器内，升温至锌熔点以下，维持特定时长，再随炉降温至常温。渗锌粉末一般由锌粉、惰性填料（例如氧化铝）、活化物质如氯化铵和氯化锌等构成。

真空渗锌是借助锌的气态物质来构成渗层的，它使用锌粉末作为起始材料，在旋转的密封真空设备里，被加热的工件在真空环境中碰触锌粉末，经过比较繁复的物理化学变化，让锌渗入到钢铁制品的表层，在钢铁制品上生成分布均匀的锌铁合金层。

三、隔热材料

隔热材料包括多种类型，例如不定型隔热喷涂料有YPZ1、YPZ-2CN130G、CN-140G、MIX-687G、ACT-250、CN-130，还有高温无机纤维喷涂料HKG-2，以及铸钢板、耐火砖、烧结普通砖等材料。

持续暴露于200℃至300℃的炎热空气里，建筑物的隔热层应该使用YPZ-1或YPZ-2这类耐热喷涂材料；当气流温度达到300℃以上，最先铺设的隔热材料必须是耐火砌块，紧随其后的那一层，也就是涂在金属表层上的，则应选用CN-130G或者MIX-6879耐热喷涂材料。遇到含有腐蚀成分的气流，应采用ACI250耐热喷涂料，构件在遭受1000℃上下高温照射、火焰炙烤或液态金属冲击时，要依据构造形态和具体部位，分别选用石棉耐热板、耐火材料浇筑板、铸钢件、喷涂保温层、外部砌筑耐火砖或普通烧结砖。

当钢结构在高温条件下温度抵达百度以上，就需要开展结构温度影响评估，同时要针对具体情况实施保护手段：

当钢结构面临高温熔融金属的威胁时，需要用由砌块或耐高温固体物料构成的隔热层实施防护。

当钢结构或许会遭遇瞬时火源直射，须选用涂覆耐热保温层、设置热辐射遮挡等隔热保护手段。

高温条件下，若钢结构承重能力达不到标准，需要通过扩大构件尺寸、选用耐热钢材或应用隔热降温手段来增强其性能，具体措施包括涂抹耐热绝缘层、设置热辐射阻隔装置、安装水套进行冷却降温等。

当高强度螺栓连接长时间处在150℃以上高温环境中，需要实施隔热保护措施，比如给连接部位涂上耐热绝缘材料，或者设置热辐射遮挡层。

钢结构用于隔热防护的构造，在具体的应用场合下必须具备持久性，同时要和钢结构的防锈、防火的防护措施协调一致。