建筑耐火等级在钢结结构构改造中的实际应用
近年来，随着经济的迅猛发展，各种项目改造和投入层出不穷。但是，由于沈阳是一个老工业城市，原有建筑年代久远的居多，近20年来的建筑也不少，致使很多建筑在改变使用用途时必须进行建筑工程改造，为建筑工程改造提出了很多难题，比如，建筑构件的承重、建筑工期、工程造价、建筑防震、建筑力学等等。由于钢结构具有材质轻、施工便捷、价格低廉、抗震能力强、建筑拉伸力比较持久等优点，工程中大量使用钢结构建筑构件，有效规避了上述的各项困难。与此同时，由于钢结构建筑材料的耐火性能较低，无法达到耐火等级的原有建筑标准，所以，钢结构建筑材料用户应做好钢结构的防火保护处理，达到原有建筑的耐火等级，从而满足工程改造的需要。
一、 建筑物的耐火等级
划分基准和依据。为了保证建筑物的安全，必须采取必要的防火措施，使之具有一定的耐火性，即使发生火灾也不至于造成太大的损失，通常用耐火等级来表示建筑物所具有的耐火性。一座建筑物的耐火等级不是由一两个构件的耐火性决定的，而是由组成建筑物的所有构件的耐火性决定的，即是由组成建筑物的墙、柱、梁、楼板等主要构件的燃烧性能和耐火极限决定的。我国现行规范选择楼板作为确定耐火极限等级的基准，因为对建筑物来说楼板是最具代表性的一种至关重要的构件。在制定分级标准时首先确定各耐火等级建筑物中楼板的耐火极限，然后将其它建筑构件与楼板相比较，在建筑结构中所占的地位比楼板重要的，可适当提高其耐火极限要求，否则反之。根据我国国情，并参照其他国家的标准，GB50045-95(2005版)《高层民用建筑设计防火规范》（以下简称为《高规》）把高层民用建筑耐火等级分为一、二级；GB50016-2006《建筑设计防火规范》（以下简称为《建规》）分为一、二、三、四级，一级最高，四级最低。各耐火等级的建筑物除规定了建筑构件最低耐火极限外，对其燃烧性能也有具体要求，因为具有相同耐火极限的构件若其
燃烧性能不同，其在火灾中的情况是不同的。
建筑物耐火等级的选定条件。确定建筑物耐火等级的目的，主要是使不同用途的建筑物具有与之相适应的耐火性能，从而实现安全与经济的统一。确定建筑物的耐火等级主要考虑以下几个方面的因素：建筑物的重要性、建筑物的火灾危险性、建筑物的高度、建筑物的火灾荷载。
二、钢结构建筑的耐火性能
钢结构最致命的弱点是钢的耐火性能非常差，钢的内部晶体组织对温度非常敏感，温度升高或者降低都会使钢材性能发生变化，钢结构通常在450℃～650℃时就会失去承载能力，发生很大的形变，导致钢柱、钢梁弯曲，结果因变形过大而不能继续使用。
钢虽然为不燃烧材料，但却是热的良导体，一旦遇到高温火焰其支撑力便会在一定时间内遭到破坏。实验表明，常用钢结构构件的耐火极限只有15~30min。说明未覆盖耐火保护层的钢构件的耐火极限距离防火规范的要求距离很大，根本不能满足火灾情况下对建筑防火的要求，必须对普通钢构件覆盖耐火保护层。其应用的实际效果已经得到多起火灾的检验。
我国现行建筑设计防火规范将耐火极限作为建筑物构件燃烧性能的判定标准，从规范中可以看出未加保护的钢梁、钢柱、钢制屋顶承重结构的耐火极限为0.25h，要克服钢结构材料在实际应用中防火性能方面的不足，必须对其进行必要的防火处理，以达到规范对相应的使用性质和建筑规模建筑的耐火等级要求。美国9.11恐怖事件表明，钢结构不耐火，是世贸中心坍塌、人员大量伤亡的重要原因。
三、钢结构防火处理在实际工作中的应用
钢结构耐火极限低，防火保护层易被破坏，决定了钢结构建筑必须重视防火问题，鉴于此，应采取相应有效的消防安全措施。钢结构建筑防火保护方法要提高钢结构防火性能，就要阻隔火灾热量向钢材的传递，以延缓钢材温升的速度，推迟钢构件达到破坏时的临界温度的时间。改革钢结构的材料组份，使其具有特定的成分、表面结构和微观组织，增强其耐火抗高温的性能，是提高钢结构建筑消防安全系数的治本措施之一。
对钢结构可采取混凝土包覆保护、外砌粘土砖保护、防火包覆保护和防火涂料喷涂保护等措施，以提高钢结构的耐火极限。对于空心钢柱也可采取在柱内灌注防冻防腐液、循环冷却液体或填充水泥的办法进行保护。在实施钢结构防火保护措施的施工中，必须保护到位，不留盲区，保证质量。外包层法即采用防火材料将钢构件包裹起来，是提高钢构件耐火性能最常用的方法：一是在钢构件四周浇抹混凝土或砌筑耐火砖，采用混凝土或耐火砖将钢构件(梁、柱)完全封闭起来。二是采用轻质防火板材作为防火外包层。采用纤维增强水泥板(如TK板、FC板)、石膏板、硅酸钙板、蛭石板等非燃材料的防火板将钢构件包裹起来。三是喷涂钢结构防火涂料。将钢结构防火涂料施涂于钢结构表面，形成耐火隔热保护层。钢结构防火涂料根据高温下涂层变化情况分膨胀型和非膨胀型两大系列。膨胀型防火涂料，又称超薄型防火涂料，厚度一般为1mm～3mm，其基料为有机树脂，阻燃体系为聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺。遇火会自发膨胀，形成比原涂层厚度大十几倍到数十倍的多孔碳质层，用于钢结构防火，耐火极限可达0.5h～1.5h；非膨胀型防火涂料，又称厚涂型防火涂料，厚度一般在7mm～50mm，其主要成份为无机绝热材料，遇火不膨胀，自身具有良好的隔热性，与厚度对应的耐火极限可达0.5h～3h。四是喷射无机纤维防火护层材料，无机纤维材料具有低密度、高热容、低导热的突出特点，并有很好的附着力，在高温火场中，厚度没有明显的变化，护层不熔化、不脱落，能够使被保护构件达到5小时以上的耐火极限，尤其适用于耐火极限要求比较高的高层钢机构的防火保护。比如：目
前很多钢柱做承重支柱，采用钢梁做铁框架的彩钢板建筑，按照《建规》，钢支柱应视为四级耐火等级建筑，以二级耐火等级建筑为标准，当钢梁、柱按照《建规》条文说明中的3.2.1条中的表8中规定采用必要的防火涂料做保护层，或采用加气混凝土、C20混凝土、普通粘土砖等必要厚度的保护层，将能够达到二级耐火等级标准。此外，国际上少数钢结构建筑采用水冷却进行钢结构防火保护。这种钢结构的保护方法在我国尚未采用过。
国内外通常是采取对钢结构表面喷或涂刷防火材料或包裹耐火材料等办法保护钢结构不被火焰直接烧烤而提高其抗火能力。国内外钢结构建筑火灾正反两方面的经验表明，钢结构防火喷涂的质量、时效、涂层粘结力、使用中是否有松动、开裂或是否受到大的冲击、震动等等会直接影响到钢构件的防火安全，应该引起有关部门的重视。为此，有关部门应加强研究，进一步采取可靠的安全措施，保障钢结构建(构)筑物的消防安全。从目前的情况看，特别要研究耐火性能好、时效长、粘结力高的新的钢结构防火材料；研制耐高温价廉物美的金属、非金属钢结构复合防火材料及轻质、高强、耐火的混凝土等新材料，进一步提高钢结构的耐火能力，应是我国建筑界、工程界和消防界的新课题。
在钢结构抗火设计乃至建筑防火设计中，造成结构浪费或结构不安全的主要问题就在于对规范的生硬套用上，没有对具体建筑进行具体分析。不同的建筑因其使用功能不同，诱发火灾的因素、火灾荷载、蔓延途径、升温过程和火灾延续时间是不同的。应针对建筑特点和使用功能，认真分析火灾的随机性，建立符合实际的火灾模型：确定易发生火灾的部位；计算火灾荷载；判定火灾蔓延途径；判定高温烟气扩散方向；计算分析温升曲线(考虑自动灭火系统的响应时间和冷却作用)；分析局部构件受损和结构的内力重分布；判断结构倒塌方向。在已建立火灾模型的基础上，综合运用抗火与防火设计。
钢结构具有强度高、自重轻、抗震性能好、施工进度快、结构占用面积少、工业化程度高等一系列优点，它与混凝土结构相比，环保且更有利于建筑产业化的发展。因而高层、
超高层建筑和一些有特殊要求的工业与民用建筑采用钢结构的较多。目前，有关部门正在研究进一步在房屋建筑中扩大钢结构的使用范围。但从防火角度看，钢结构虽然是不燃烧体，但很不耐火。由于混凝土材料价格低廉、可塑性好、耐火性能好、维护保养费低等优点，目前钢筋混凝土结构仍然是住宅建筑中应用最广的结构材料。因此提高钢结构的耐火性能是推广钢结构建筑的关键，只有提高钢结构的防火性能才能充分发挥钢结构节能建筑的优势。
