性能设计方法在钢结构建筑防火设计中的应用分析

摘要：在经济高速发展的同时，建筑业也获得了飞速发展。同时，由于钢结构建筑的不断增加，其消防安全问题也日益受到重视。在此类工程建设过程中，一旦出现了严重的火灾事故，就会给人民群众的生命和财产安全带来严重威胁。这就要求建设企业加强对消防安全的重视，提高建筑防火安全意识。本文就钢结构建筑防火设计中的性能设计展开分析，旨在为相关建筑安全提供可行的理论依据。关键词：性能设计方法；钢结构；建筑；防火设计目前，基于性能化的火灾防护设计已经是一种比较成熟的建筑防火技术。基于性能化的防火设计既符合《建筑防火规范》规定，又可结合使用者及房屋特性进行设计项目变更，提升了建筑的抗火性能，减少了火灾发生危险。虽然有效的性能设计能够使火灾风险得到有效控制，然而从目前的钢结构建筑消防设计状况来看，其防火设计方面仍有许多不足之处。因此，各建设企业都应积极应对火灾问题，运用基于性能化的方法来确保钢结构建筑的安全。本文着重论述了钢结构建筑防火措施，并对其进行了性能分析，旨在探析其应用成效与完善对策。一、钢结构建筑的特点由于钢结构建筑的重量轻，施工速度快，可利用空间大，所以在诸多一线发达城市中，很多工程都采用了钢结构[1]。钢建筑物已经有一百多年的历史，钢材是一种不可燃烧的物质，但是它没有耐火性能，当温度升高时，它的屈服强度和弹性模数就会降低。如果温度保持在400摄氏度，屈服强度就只有50%；如果温度達到600摄氏度，钢筋已经完全失去了承受能力。目前，国际上普遍认可的钢材抗火能力是0.25小时。对于一栋无火灾防护的钢铁建筑，其梁柱等主要构成部分在火灾中受损或坍塌，这将对人们的生命安全及财产安全造成严重影响。同时，也会阻碍消防员的灭火进度，建筑内人员的疏散逃离工作也会受到影响。因此，在火灾防护方面，钢结构建筑的火灾预防一直是人们关注的焦点。二、钢结构建筑防火设计中的挑战（一）防火分区的挑战根据有关规定，大面积建筑在设计防火墙或防火卷帘时，会将其进行有效的区域划分，一般会分作十几个或几十个区域。采用“处方式”的消防设计标准来进行火灾分析，不仅会对建筑物的使用性能产生严重的负面作用，还会对建筑物本身的美感、艺术性产生不利后果。由于火灾发生的具体情况不同，人们安全撤离和灭火方法也不同。（二）传统钢结构建筑防火保护方法的挑战当前，国内采用的火灾防护措施仍以防火喷涂为主，未将主动防火纳入其中。在“建规”与“高规”中，对于建筑物的特性以及建筑物内有无设置如自动洒水装置之类的积极消防装置，均未加以区分。对建筑物进行火灾防护时，缺乏对其进行受力分析和计算的基础。钢材的抗火界限是把受火灾防护的单独钢材置于规定的测试炉中，根据加热曲线标准进行测试[2]。然而，在实际工程中，由于不同的构件所承受的压力不同，难以用实验来进行仿真分析，且不同的荷载对其抗火能力有很大影响。在实验中很难对节点的末端约束进行数值计算，而且两端的约束也是影响节点抗火能力的一个主要因素。另外，火灾引起构件内部存在一定的温度应力，现有的测试手段很难精确体现这种作用。三、钢结构建筑防火保护方法目前，我国越来越多的城市建设都使用了钢结构，应用频率不断增加。相较于其他结构，钢结构存在以下优势：建造周期较快；建造方式较灵活；钢结构有较大的可利用面积。然而，钢材的耐火性能一般较差，火焰愈旺，钢材的支撑力量愈弱。现阶段，钢结构建筑的防火设计已受到越来越多建筑企业和单位的重视。要使钢结构建筑中的钢铁材料具有良好的防火性能，必须对其进行隔绝，减少其受热范围，从而延长其承受温度的时间[3]。现阶段，为了提高钢结构的使用寿命和耐高温性能，国内建筑企业大多采取钢材外包的方式解决该问题。钢材外包主要有以下常见的三种材料：第一，在钢结构施工中采用混凝土外包钢铁，施工人员要在整个施工过程中将钢筋全部覆盖。目前，国内许多钢结构工程均采用钢筋外包的方式来增强其防火性能，如上海部分城市建设工程就采用了混凝土外包钢材的形式。第二，使用具有更高防火性能的耐火建材将钢铁构件进行外包。耐火性能比较好的耐火材料包括TK板、石膏板等，它们都是不可燃烧的，将其材料用于钢结构建筑物内的钢构件外包，能有效使钢筋与高温相隔离。钢结构建设企业在进行钢材外包时，可以根据自己的具体情况，将国外的一些先进做法吸收过来（防火涂料构造设计图，见图1）。第三，对钢结构中的钢构件喷涂高性能防火材料，能有效隔绝高温。防火材料在钢结构表面生成一种保护性的保护层，从而增强其抗火性能。从80年代起，国内就引进了国外的防火涂料，并将其应用于钢结构的钢构件上。然而，向欧美采购防火涂料费用昂贵，并且存在许多不确定因素。因此，从1985年起，国内就已着手制造和处理此种钢材防火涂料，为钢结构施工企业节省建设费用。1990年，国家颁布了有关消防涂料的相关规定，以加强钢结构建筑防火涂料的质量，确保其工程建设质量[4]。目前，国内常用的抗火材料主要有膨胀型和非膨胀型两类。就膨胀型涂料而言，通过高温燃烧，其体积会不断增大，钢结构材料的耐火性能也会随之提升。非膨胀型涂料相对更厚，厚度通常是8-55mm。虽然该材质经高温燃烧，体积依旧保持不变，但是其材质的隔热性能极佳，能将钢结构房屋内的钢铁与高温隔离开来，从而提升钢材料的防火性能。四、钢结构建筑的性能设计关键在进行钢结构建筑设计时，关键在于对其防火能力进行全面评价[5]。通过对其进行火灾危险性评价，可以更好检验其是否合理、可行，从而使其符合相关的消防规范。若在检验期间，得知钢结构建筑的防火性能较差，应马上制定相应的应对措施。设计钢结构建筑的防火性能时，需要注意以下三点：抗火能力设计；抗火能力全面评价；完善解决措施和针对这些问题的应对策略。这三者密切相关，密不可分。对于钢结构建筑施工企业而言，能够根据建筑项目的实际情况评估其性能，明确可行且科学的设计方案。同时，可以委托有关机构对其进行消防安全性能综合测评，以便及时知晓问题，确定解决对策。为了确保钢结构建筑的防火性能，需要按照国家防火要求和规定来实施[6]。相反，如果不是根据相关规范对钢结构房屋进行防火设计，将会对建筑的耐火能力产生一定影响。五、钢结构建筑防火设计中性能设计方法应用（一）钢结构建筑中的分区性能设计目前，由于钢结构建筑的数量不断增加，基于性能化设计的思想已逐渐深入人心，并被大量应用于建设中，以提升其耐火性[7]。对于钢结构建筑而言，每一层的耐火能力都會存在一定差异性。在钢结构建筑的中心位置，其火灾耐受力一般较强，故在实施工程项目时，应该优先选择高性能、耐火能力佳的材料，注意隔离钢结构与高温。对于钢结构建筑企业而言，需做好钢结构建筑的合理分区，确保火灾发生时，能够对其火势进行有效控制，从而降低影响。根据国标规定，住宅的钢结构建筑占地最大不得超过4000平方米[8]。但事实上，许多建筑企业在进行钢结构分区时，并未将其进行规范，这势必会对其防火性能产生一定不良影响。在进行建筑抗火能力设计时，必须从建筑构造、功能、人流等多个方面进行综合考虑。由于受诸多因素的制约，在进行工程项目规划时，有必要进行深入研究，以确保设计的合理性。（二）钢结构建筑中的排烟系统性能设计在进行钢结构施工时，需要考虑人群的流动特征，提前进行逃生路线规划，同时还要配备一套完善的防火警示体系，确保在钢结构建筑物内的人员能够成功逃生，同时也给消防员争取到足够的灭火时间。在进行建筑工程施工时，必须充分考虑到火灾现场对周边建筑的影响，从而降低火灾带来的经济损失[9]。因此，在进行钢结构施工时，一定要采取防火隔离措施，以达到对火灾的有效控制。在钢结构建筑物中，存在着大量的基础建设，在进行施工时，必须充分考虑到基础建设对人体造成的伤害，对建筑物内易燃、易爆物质的含量进行适当控制，对关键设备进行有效防护。在火灾过程中，浓烟会给人体带来极大危害。因此，作为一名合格的钢结构建设者，必须对建筑中的排烟系统进行合理设计安排，确保火灾发生时，浓烟能够及时排出，降低烟雾对建筑内人员的伤害。在进行钢结构建筑排烟特性设计时，由于浓烟影响程度是由火灾燃烧时的烟气产生量决定的，而烟气产生量则可以经消防PA机理计算得出。目前，国内对钢结构建筑住宅进行性能化设计时，要求必须在地下室内安装排烟机。同时，还应设送烟装置，且送烟装置的供烟率应大于55%。结语由于城市中的居民越来越多，钢结构建筑房屋也越来越多。一旦建筑出现了火灾，不仅会对人们的人身安全造成极大威胁，还会可能造成重大经济损失。因此，施工企