鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)，與混凝土結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計(jì)差之千里，即使如此，建筑依慣例，也是僅注明梁柱耐火限，而結(jié)構(gòu)壓根就不聞不問，鋼結(jié)構(gòu)防火真是姥姥不疼舅舅不愛。鋼構(gòu)防火特殊，設(shè)計(jì)弄不明白，監(jiān)理糊里糊涂，施工鬧不機(jī)敏，大多數(shù)自認(rèn)為防火涂料就行，特別是甲方惟欲薄型（膨脹型）~因?yàn)椴挥绊懭魏喂δ芡庥^，當(dāng)然跟賣涂料的夸夸其談，監(jiān)管不熟而默然也有關(guān)系。

鋼結(jié)構(gòu)防火與混凝土結(jié)構(gòu)不一樣，主要體現(xiàn)在砼結(jié)構(gòu)因保護(hù)層耐火時(shí)限足夠，故而無需計(jì)算。而鋼結(jié)構(gòu)沒有保護(hù)層，直接就是受力構(gòu)件。所以有三種設(shè)計(jì)方法，分別是：“耐火限法”“承載力設(shè)計(jì)法”和“限溫度法”，耐火限法，跟混凝土結(jié)構(gòu)模式一模一樣，也就是目前95%以上設(shè)計(jì)圖紙所采用的方法，特點(diǎn)是省事，僅注明梁柱耐火限（當(dāng)然這也不夠深度，后面再說），而其余的一律不管。

另一種方法，先明確在采用防火防護(hù)層的情況下，火災(zāi)多長時(shí)間(對應(yīng)耐火限)能達(dá)到多高溫度，再計(jì)算達(dá)到此溫度時(shí)對應(yīng)鋼構(gòu)件多大強(qiáng)度ft（當(dāng)然ft肯定比常溫f要減?。?，然后根據(jù)鋼材的高溫強(qiáng)度ft，再純結(jié)構(gòu)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的拉壓彎剪，以及壓彎拉彎計(jì)算。

第三種方法，先計(jì)算常溫下鋼結(jié)構(gòu)的拉壓剪彎“荷載比”R（0.3~0.9），再根據(jù)荷載比及其他諸多參數(shù)，而確定鋼構(gòu)件可承受的溫度，謂之限溫度，然后再根據(jù)火災(zāi)升溫曲線，計(jì)算多長時(shí)間（耐火限）是否達(dá)到限溫度，從而決定是否需要防火防護(hù)層及其厚度。

三種方法說起來很簡單，若按字進(jìn)行排版，公式就得一尺長，涉及鋼材截面形狀、保護(hù)層特性、火災(zāi)特征，比熱容等參數(shù)，麻煩得很。主要的是須考慮鋼構(gòu)件的受力因素，確實(shí)更科學(xué)更合理，也更符合客觀情況，從耐火限法向承載力法或限溫度法的轉(zhuǎn)變，須要求建筑和結(jié)構(gòu)兩個(gè)的緊密結(jié)合，甚至某種意義上，更是結(jié)構(gòu)占地位。

鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)方法，是設(shè)計(jì)和圖審應(yīng)考慮和計(jì)算的，但落實(shí)到圖紙上要求咋做，才是施工、監(jiān)理、監(jiān)管所關(guān)注的。那么圖紙上關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)防火歸根到底應(yīng)該到什么深度呢？咱們以防火涂料為例，《GB51249》第3.1.4條說的很清楚，若采用非膨脹涂料，應(yīng)該明確涂料厚度和等效熱傳遞系數(shù)。

若為膨脹性涂料，應(yīng)該明確厚度與等效熱阻。防火涂料的老標(biāo)準(zhǔn)分為厚型、薄型、超薄型，以至于現(xiàn)行規(guī)范實(shí)施好幾年了，人們還常如此稱呼?，F(xiàn)行規(guī)范依據(jù)不同情況，將涂料分成不同類別：室內(nèi)型和室外型，通用型和專用型，水基型和溶劑型。當(dāng)然原有的厚型、薄型和超薄型依據(jù)厚度分類，現(xiàn)已根據(jù)受火后的變化情況調(diào)整為膨脹型和非膨脹型。

非膨脹型一般為無機(jī)絕熱材料 ，厚度25-40mm，遇火不膨脹，規(guī)范中小厚度15mm；而膨脹型則是主體為有機(jī)樹脂，外加發(fā)泡劑阻燃劑，因其受火后厚度膨脹十幾倍，變成多孔碳化層，所以它有兩個(gè)厚度，膨脹之前稱為涂層厚度，受火之后稱為膨脹層厚度。

膨脹型涂料的涂層厚度不能太厚，否則影響膨脹效率，且存在日常開裂脫落風(fēng)險(xiǎn)，耐久性不足，就跟假如你需要一克洗發(fā)水就把頭洗的干干凈凈，非給你半斤，不但浪費(fèi)，也影響效果。涂層厚度須依據(jù)等效熱阻經(jīng)計(jì)算而定，當(dāng)然也有構(gòu)造小厚度，依據(jù)GB14907-2018第5.1.5條不得小于1.5mm。

其實(shí)，鋼構(gòu)件的防火措施，除噴涂防火涂料之外，還有安裝防火板，包覆柔性氈狀隔熱材料以及剛性防火如混凝土砂漿或磚。防火板以纖維水泥板或石膏紙板類居多，有薄厚型和之分，自攻釘與龍骨連接，關(guān)鍵點(diǎn)在于縫隙處理；氈狀隔熱材料有硅酸鋁纖維和玻璃棉巖棉等，關(guān)鍵點(diǎn)在于潮濕環(huán)境禁用；鋼絲網(wǎng)混凝土砂漿或砌體剛性防火層太厚，占空間大，應(yīng)用也不多。

上述防護(hù)措施，應(yīng)由建筑在圖紙中明確，建筑圖中僅僅注明鋼梁柱耐火等級(jí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，除了體現(xiàn)耐火等級(jí)和梁柱耐火限之外，還須補(bǔ)充一些其他東西，按《鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》的第3.1.1條，同時(shí)這也是一個(gè)強(qiáng)條：柱間支撐（ZC）和柱間系桿（XG）的設(shè)計(jì)耐火限與鋼柱相同；屋蓋支撐（SC）和屋蓋系桿（XG）的設(shè)計(jì)耐火限與屋面鋼梁相同。

因此除對鋼柱梁進(jìn)行防火設(shè)計(jì)外，還應(yīng)對柱間支撐（ZC）和柱間系桿（XG）、屋蓋支撐（SC）和屋蓋系桿（XG）進(jìn)行防火設(shè)計(jì)計(jì)算。對于廠房來講，另外還有一個(gè)強(qiáng)條，鋼結(jié)構(gòu)防火規(guī)第3.1.3條，鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的防火保護(hù)與被連接構(gòu)件中防火保護(hù)要求高者相同。

但是上述這些內(nèi)容，建筑咋會(huì)明白？尤其“強(qiáng)剪弱彎、墻柱弱梁、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的結(jié)構(gòu)原則，在建筑不懂而結(jié)構(gòu)不聞不問中，關(guān)鍵問題就煙消云散而香消玉殞了。非常值得注意的是，門式剛架中如果采用圓鋼支撐，直徑一般不大于25mm，若采用非膨脹型防火涂料（厚型），厚度至少20mm，施工太困難，即使勉強(qiáng)施工，終可能會(huì)達(dá)到直徑65mm。

你想想十來米長粗65mm大坨子，芯是之間直徑不大于25mm鋼棍，由于其剛度小，容易產(chǎn)生震動(dòng)、變形，厚度較大的防火涂料會(huì)脫落，正如高空電纜覆裹冰雪一樣。因此，屋蓋圓鋼支撐盡可能采用膨脹型防火涂料（薄型）。因?yàn)樾蕴珡?qiáng)，建筑看不懂，結(jié)構(gòu)不屑于，但那是結(jié)構(gòu)的責(zé)任。

咱們明確了鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)的計(jì)算是結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)，下面簡要分析一下鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的防火設(shè)計(jì)。僅提供膨脹和非膨脹涂料計(jì)算，雖有鋼絲網(wǎng)砂漿，但不能應(yīng)用，計(jì)算也很簡單，只能出等效熱阻，無法提供等效熱傳遞系數(shù)，甚至計(jì)算書中明顯的地（低）碳環(huán)保~

盈建科與基本類似，甚至連耐火等級(jí)都取消，提供了一個(gè)重要性系數(shù)，默認(rèn)纖維燃燒物，也提供了烴類火災(zāi)曲線。提供可選保護(hù)層類型，勾選構(gòu)件考慮溫度組合，找到盈建科鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)輸出端，圖形中卻沒有顯示結(jié)果。

上述兩種軟件，根據(jù)技術(shù)條件，它們僅提供限溫度法進(jìn)行簡單計(jì)算，一次定義簡單有限的參數(shù)后，僅計(jì)算涂料厚度與等效熱阻。相對來說3D3S要復(fù)雜一些，以門式剛架為例，連楔形構(gòu)件自定義形狀系數(shù)都有，而且是交互輸入，分別定義，終以圖形模式輸出，可自動(dòng)輸出計(jì)算書。

鋼結(jié)構(gòu)防火這么復(fù)雜，但一直以來不為人所不知，也不常用。就連幾個(gè)國內(nèi)航母級(jí)結(jié)構(gòu)分析軟件，都對此一帶而過，淺嘗即止，根本達(dá)不到應(yīng)有深度。設(shè)計(jì)文件中連防火涂料厚度和等效熱傳遞系數(shù)及熱阻都沒有提及，就要求一個(gè)耐火限，根據(jù)涂料產(chǎn)品說明書施工自己看著定。

雖然確實(shí)很復(fù)雜，又沒有效得力的計(jì)算工具，但作為一個(gè)負(fù)責(zé)任的設(shè)計(jì)，起碼得明確涂料厚度，以及等效熱傳遞系數(shù)和等效熱熱阻。如果采用其他防護(hù)措施，也給人家說明白點(diǎn)，實(shí)在不懂，起碼也看看檢測與驗(yàn)收的那一章，提出一些概況性要求也行。

順便腳談?wù)勑轮袊涝O(shè)計(jì)規(guī)范演變歷程，再配一點(diǎn)消防基礎(chǔ)知識(shí)~燃燒與火災(zāi)機(jī)理。消防規(guī)范早可追溯至1956年國家建設(shè)委員會(huì)批準(zhǔn)了和建工部參考蘇聯(lián)規(guī)范而編制的《工業(yè)企業(yè)和居住區(qū)建筑設(shè)計(jì)暫行防火標(biāo)準(zhǔn)》，直至1975年國家基本建設(shè)委員會(huì)批準(zhǔn)和化工部編制的《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》TJ16-74，從消防設(shè)計(jì)此步入正軌

九十年代初，按照關(guān)于防火“以防為主、消防結(jié)合”的批示，1995年修訂了《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50045-95，但是因《建規(guī)》和火）規(guī)》有諸多不一致，所以住建部2014年將建規(guī)和高規(guī)合并為新《建規(guī)》GB50016-2014，之后2018年因老年人設(shè)施而局部修訂，至此成為現(xiàn)行版本。

說到這不得不說說火災(zāi)機(jī)理，談火災(zāi)必然與燃燒相關(guān)。燃燒三要素是可燃物、助燃物和引火源，所以火災(zāi)輕重影響因素就是可燃物的數(shù)量、布置和性質(zhì)。數(shù)量就是多與少，布置就是分散與集中，性質(zhì)可分為兩類：一）普通纖維類，包括衣物、被服、紙張、木柴等常見物，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，又稱標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線；二）石油化工產(chǎn)品、烷炔烯等烴類或其他高分子化工物的廠房。又稱為碳?xì)渖郎厍€。

碳?xì)渖郎厍€比標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線陡的多，從局部燃燒到燃燒耗時(shí)很短，“轟燃階段”迅速而短暫。很短時(shí)間即可達(dá)到峰值。所以防火規(guī)范要求，無論民用建筑和工業(yè)建筑，甲乙類物質(zhì)嚴(yán)禁存放地下室，否則相當(dāng)于大型火災(zāi)輕重的影響因素是環(huán)境，狹仄的環(huán)境，與高大廣闊空間升溫曲線差的很多。

燃燒學(xué)和火災(zāi)升溫曲線屬于基本知識(shí)，就跟抗震的震中、震源深度、震中距和縱波橫波一樣，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)都不會(huì)涉及。正如那年我在北川老縣城宏觀調(diào)查的沿街很長建筑群的壞形式，與波的波長有關(guān)，但你敢打包票你家建筑肯定不位于波峰或波谷處，從而震災(zāi)很輕嗎？同樣，你敢保證你家可燃物分布和場景對火災(zāi)升溫曲線非常有利而火災(zāi)很小嗎？所以，還是規(guī)規(guī)矩矩以調(diào)查統(tǒng)計(jì)而得的國家規(guī)范為依據(jù)，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。

鋼構(gòu)防火總結(jié)：鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一方面是熱阻小而升溫迅速，是隨溫度升高而強(qiáng)度劇烈降低。所以鋼結(jié)構(gòu)防火很重要。重要的話也不用說三遍了，這篇文章講了好多鋼結(jié)構(gòu)防火知識(shí)，主要是基于構(gòu)件的防火設(shè)計(jì)，其實(shí)更準(zhǔn)確的應(yīng)該是基于建筑整體防火設(shè)計(jì)～高大上～酷炫妙，講究空間溫度場分析，動(dòng)態(tài)火景分布，還得考慮熱膨脹因素，基于整體的防火設(shè)計(jì)，需要專門大型軟件，甚至考慮大數(shù)據(jù)云計(jì)算。

規(guī)范規(guī)定，跨度大于60米鋼結(jié)構(gòu)，宜進(jìn)行基于整體式的防火設(shè)計(jì)；跨度大于120米和預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)進(jìn)行基于整體式防火設(shè)計(jì)。但正如前文所述，基于構(gòu)件的防火設(shè)計(jì)軟件都簡單的可憐，而基于整體防火設(shè)計(jì)軟件，國內(nèi)更是鳳毛麟角，可是國外軟件咱僅耳聞，從沒見過，更別提測試。

從實(shí)用主義角度看，熟悉了夏工的鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)論述，對于建設(shè)單位來說也很有好處。如特定情況下，荷載比不大，截面形狀系數(shù)很小，耐火限又不高，有可能會(huì)出現(xiàn)Td>Tm，構(gòu)件可不需任何防火保護(hù)～能省錢；還有比如明確一類檁條和二類檁條，量大面廣的一類檁條也可以不需防火保護(hù)，從而合法依規(guī)、杜絕隱患而又節(jié)省造價(jià)，從社會(huì)和諧的角度看，也有利于社會(huì)發(fā)展。

若從設(shè)計(jì)角度看，目前絕大多數(shù)都不合格，譬如依據(jù)《GB51429》第4.1.3條，室內(nèi)隱蔽構(gòu)件和耐火限大于1.5小時(shí)的構(gòu)件，不能采用膨脹型涂料。如此一來，二級(jí)耐火等級(jí)以下的梁可以薄涂，但鋼柱肯定不能用薄型涂料，須用非膨脹涂料，可現(xiàn)實(shí)中違規(guī)者比比皆是；另外對于薄型防火涂料與防腐漆等相容性須作出要求，否則很短時(shí)間內(nèi)就自己就化學(xué)反應(yīng)了，脫落在所難免，何談耐久性？