钢结构建筑的防火设计：保障生命财产安全的关键

钢材抗震性强，避免了混凝土等建筑材料不能拉伸的缺陷，因此受到建筑业的青睐。但是，钢材作为建筑材料，在防火方面也存在一些不可避免的缺陷。其力学性能，如屈服点、抗拉强度、弹性模量等，会随着温度的升高而急剧下降。钢结构通常在450-650℃的温度下失去承载能力，发生较大的变形，使钢柱、钢梁弯曲，从而因变形过大而无法继续使用。钢结构的两个主要问题是耐腐蚀和防火。腐蚀对钢结构是一种慢性危害，而火灾会在15-20分钟左右摧毁一栋钢结构建筑，火灾造成的生命财产损失是极其巨大的。外部审查要求钢结构建筑进行防火设计。

《建筑钢结构防火技术规范》GB51249-2017对钢结构的防火设计作了规定，下面将基于此规范，结合计算软件对钢结构的防火设计进行探讨。主要包括以下内容：1.钢材最高温度的自动计算；（第6章）2.钢材高温强度及弹性模量的折减；（第5章）3.火灾荷载效应的组合；（第3章）4.承载力校核；（第7章）5.程序运行过程。

防火类型

要将钢结构的耐火极限提高到设计规范规定的极限范围，可根据不同情况采用不同的方法，如外包覆、灌水（水套）、屏蔽、喷涂防火涂料等。其中，喷涂防火涂料是目前我国广泛采用的钢构件防火措施。我国防火涂料主要分为薄涂型（膨胀型）和厚涂型（非膨胀型）两种。薄涂厚度小于7mm，在火灾中吸热膨胀发泡，形成泡沫状碳化隔热层，从而阻止热量传递给钢结构。厚涂厚度为8-50mm，涂层受热不起泡，依靠其较低的导热系数，延缓钢结构温升，起到保护作用。梁、柱以厚涂为主，屋面支撑楼梯以薄涂为主。

厚涂防火材料

薄涂防火材料

建筑设计说明

建筑将根据《建筑防火规范》给出建筑防火等级、构件设计耐火极限、推荐使用的防火涂层类型、防火涂层厚度等，结构可据此进行钢结构防火设计。

自动计算钢材最高温度

截面形状系数 F/V

断面形状系数F/V YJK软件实现：

钢结构最高温度YJK软件实现：

防火加热参数：

1. 燃烧物质类型

2.轻质保护层型

3.膨胀型涂料与等效热阻参数相关。

非膨胀型与等效导热系数（一般由厂家提供的产品信息决定）、保护层厚度有关。

4. 设计耐火极限

可以分别为梁、柱、支撑设置不同的参数。

程序可自动生成防火温度，同时支持指定函数的交互式修改。

使用交互式修改时，先点击“截面形状系数”，在“辅助计算工具”下的“截面形状系数”中填入数值，然后修改柱、梁、支撑的各项参数并点击辅助计算。最后在“指定最高防火温升”中指定计算出的钢材最高温度并选择构件布置方式。

设计耐火极限的确定

高温下钢材强度和弹性模量的降低

1.高温下钢材强度的降低

2. 高温下钢材弹性模量的降低

根据公式程序自动计算钢材的高温强度、弹性模量减量；

耐火钢方案实施方案如下：

火灾荷载效应组合

方案实施：

当选中“仅考虑轴向荷载构件的温度组合”选项时，程序仅考虑两端铰接的构件的温度组合。

承载力计算

方案实施：

程序

1、不考虑防火检查箱进行计算和调整钢构件的强度和稳定性。

2、检查防火检查，设定组件防火温度。

3、若防火计算不满意，可以调整保护层厚度，增加热阻。