高层钢结构防火构造和施工
出处：按学科分类—政治、法律 中国商业出版社《最新单位消防工作实务全书第二卷》第895页（3790字）
(一)防火保护材料
1．混凝土
人们从钢筋混凝土结构比钢结构耐火这一事实出发，把混凝土最早、最广泛地用作钢结构的防火保护材料。混凝土作为防火材料主要由于：
(1)混凝土可以延缓金属构件的升温，而且可承受与其相应面积和刚度成比例的一部分荷载；
(2)根据耐火试验，耐火性能最佳的粗集料为石灰岩卵石集料；花岗岩、砂岩和硬煤渣集料次之；由石英和燧石颗粒组成的粗集料最差。
(3)决定混凝土防火能力的主要因素是厚度，H型钢柱混凝土防火层的做法见图3－4－10。
图3－4－10 H型钢柱混凝土防火层
(a)正方形截面，四边厚度相同；(b)长方形截面，厚度不同；(c)长方形截面，混凝土满灌
2．石膏
石膏具有较好的耐火性能。当其暴露在高温下时，可释放出20%的结晶水而被火灾的热量所气化(每蒸发1kg的水，吸收2257kJ的热)。所以，火灾中石膏一直保持相对的稳定状态，直至被完全锻烧脱水为止。石膏作为防火材料，既可做成板材，粘贴于钢构件表面；也可制成灰浆，涂抹或喷涂到钢构件表面上(图3－4－11)。
图3－4－11 石膏防火层的几种做法
1－圆孔石膏板；2－装饰层；3－钢丝网或其他基层；4－角钢；5－钢筋网；6－石膏抹灰层
(1)石膏板。分普通和加筋的两类，它们在热工性能上无大差别，只是后一种含有机纤维，结构整体性提高。石膏板重量轻，施工快而简便，不需专用机械，表面平整可做装饰层。
(2)石膏灰浆。既可机械喷涂，也可手工抹灰。这类灰浆大多用矿物石膏(经过煅烧)做胶结料，用膨胀珍珠岩或蛭石作轻骨料。喷涂施工时，把混合干料加水拌合，密度为240～400kg／m3。当这种涂层暴露于火灾时，大量的热被石膏的结晶水所吸收，加上其中轻骨料的绝热性能，使耐火性能更为优越。
3．矿物纤维
矿物纤维是最有效的轻质防火材料，它不燃烧，抗化学侵蚀，导热性低，隔声性能好。矿物纤维的原材料为岩石或矿渣，在1371℃下制成。
(1)矿物纤维涂料。由无机纤维、水泥类胶结料以及少量的掺合料配成。加掺合料有助于混合料的浸润、凝固和控制灰尘飞扬。混合料中还掺有空气凝固剂、水化凝固剂和陶瓷凝固剂，按需要，这几种凝固剂可按不同比例混合使用，或只使用某一种。
(2)矿棉板。也可用岩棉板，它有不同的厚度和密度，密度越大，耐火性能越高。矿棉板的固定件有以下几种：用电阻焊焊在翼缘板内侧的销钉上；用电阻焊焊在翼缘板外侧的销钉(距边缘20mm)；用薄钢带固定于柱上的角铁形固定件等(图3－4－12)。把矿棉板插放在钢丝销钉上，销钉端头卡钢板片使矿棉板得到固定。
图3－4－12 矿棉板的固定方法和固定件
矿棉板防火层一般做成箱形，可把几层叠置在一起。当矿棉板绝缘层不能做太厚时，可在最外面加高熔点绝缘层，但造价提高。当矿棉板的厚度为62．5mm时，耐火极限可达2．00h。
4．膨胀涂料
膨胀涂料是一种极有发展前景的防火材料，它直接喷涂于金属表面，粘结和硬化与油漆相同。涂料层上可直接喷涂装饰涂料，不透水，抗机械破坏性能好，耐火极限可达2．00h。
(二)施工方法
根据钢结构耐火等级不同，采用的防火材料不同，施工方法随之而异。英国钢结构协会(BSC)认为，钢梁喷涂矿物纤维灰浆，钢柱贴轻质防火板，是最经济、最有效的做法。我国几幢高层钢结构防火做法见表3－4－16，钢结构通常采用的防火层见表3－4－17。
表3－4－16 我国几个钢结构工程的防火做法
表3－4－17 钢结构柱、梁、桁架通常采用的防火层
注：●－很适用；〇－比较适用。带*者为经常采用的材料
1．现浇法
现浇法一般用普通混凝土、轻质混凝土或加气混凝土，是最可靠的钢结构防火方法。其优点是，防护材料费低，而且具有一定的防锈作用，无接缝，表面装饰方便，耐冲击，可以预制，其缺点是，支模、浇筑、养护等施工周期长，用普通混凝土时，自重较大。
现浇施工采用组合钢模，用钢管加扣件作抱箍。浇灌时每隔1．5～2m设一道门子板，用振动棒振实。为保证混凝土层断面尺寸的准确，先在柱脚四周地坪上弹出保护层外边线，浇灌高50mm的定位底盘作为模板基准，模板上部位置则用厚65mm的小垫块控制。
2．喷涂法
喷涂法是目前钢结构防火保护使用最多的方法，可分为直接喷涂和先在工字型钢构件上焊接钢丝网，而将防火保护材料喷涂在钢丝网上，形成中空层的方法，喷涂材料一般用岩棉、矿棉等绝热性材料。
喷涂法的优点是，价格低，适合于形状复杂的钢构件，施工快，并可形成装饰层。其缺点是，养护、清扫麻烦，涂层厚度难于掌握，因工人技术水平而质量有差异，表面较粗糙。
喷涂法首先要严格控制喷涂厚度，每次不超过20mm，否则会出现滑落或剥落；其次是在一周之内不得使喷涂结构发生振动，否则会发生剥落或造成往后剥落。
3．粘贴法
先将石棉硅酸钙、矿棉、轻质石膏等防火保护材料预制成板材，用粘接剂粘贴在钢结构构件上(图3－4－13)，当构件的接合部有螺栓、铆钉等不平整时，可先在螺栓、铆钉等的附近粘垫衬板材，然后将保护板材再粘贴到垫衬板材上，粘贴法的优点是材质、厚度等容易掌握，对周围无污染，容易修复，对于质地好的石棉硅酸钙板，可以直接用作装饰层。其缺点是这种成型板材不耐撞击，易受潮吸水，降低粘接剂的粘接强度。
图3－4－13 粘贴法图示
从板材的品种来看，矿棉板因成型后收缩大，接合部会出现缝隙，且强度较低，最近较少使用；石膏系列板材，因吸水后强度降低较多，破损率高，现在基本上不再使用。
防火板材与钢构件的粘接，关键要注意粘接剂的涂刷方法。钢构件与防火板材之间的粘接涂刷面积应在30%以上，且涂成不少于3条带状，下层垫板与上层板之间应全面涂刷，不应采用金属件加强。
4．吊顶法
用轻质、薄型、耐火的材料，制作吊顶，使吊顶具有防火性能，而省去钢桁架、钢网架、钢屋面等的防火保护层(图3－4－14)。采用滑槽式连接，可有效防止防火保护板的热变形。吊顶法的优点是，省略了吊顶空间内的耐火保护层施工(但主梁还要做保护层)，施工速度快；缺点是，竣工后要有可靠的维护管理。
图3－4－14 吊顶法图示
5．组合法
用两种以上的防火保护材料组合成的防火方法(图3－4－15、3－4－16)。将预应力混凝土幕墙及蒸压轻质混凝土板作为防火保护材料的一部分加以利用，从而可加快工期，减少费用。
图3－4－15 钢柱的组合法防火保护
图3－4－16 钢梁的组合法防火保护
这种防火保护方法，对于高度很大的超高层建筑物，可以减少较危险的外部作业，并可减少粉尘等飞散在高空，有利于环境保护。