关键词：钢结构；防火设计；耐火验算；极限承载力

摘要：钢结构由于其自重轻、抗震性能好、施工快捷、环保等优点，在建筑工程中钢结构的应用越来越广泛。但是钢结构的主要缺点——抗火性能差，也成为了钢结构防护的主要目标。做为结构设计工程师，钢结构的防火设计与耐火验算是必须要掌握的。

一、钢结构防火设计的发展

《钢结构设计标准》（GB50017—2017）执行之前，钢结构防火涂料的应用主要以试验为设计依据。对不同类型构件在规定的荷载类型、荷载作用位置和标准升温的条件下进行耐火试验。对采取不同防火措施的构件经过试验，得到构件不同的耐火时间，根据不同等级建筑物耐火时间的要求，选取对应措施。

钢构件耐火试验

防火涂料耐火试验

通过试验方法测出构件的耐火时间虽然直接、有效，但又存在很多缺陷，首先，试验过程中很难对构件的实际受力状态进行模型，构件自身受力的大小、方向对其耐火时间的影响也很大；其次，构件在受火作用时结构中产生温度应力，构件自身承载力降低，并且整体结构进行内力重分配，而这一影响难以在构件试验中准确反映。由此可见，早期的防火设计方法有时不太经济，有时又难以保证安全。所以，钢结构防火设计方法已由传统的试验方法转为整体结构耐火验算的现代方法。

二、钢结构耐火验算

《建筑钢结构防火技术规范》（GB51249-2017），3.1.3条强制规定：“钢结构构件的耐火极限经验算低于设计耐火极限时，应采取防火保护措施。”一般情况，不加保护的钢结构耐火极限为15~20分钟左右，与建筑物耐火极限标准差距很大，因此，钢结构建筑均应采取防火保护措施。

《建筑钢结构防火技术规范》（GB51249-2017）给出钢结构构件的耐火验算和防火设计可采用以下方法：

1.耐火极限法

2.承载力法

3.临界温度法

三、结构软件的计算方法

常用的结构计算软件，PKPM、盈建科、3D3S中均提供了钢结构防火设计承载力法的计算方式。设计人员可以对喷涂（抹涂）防火涂料和金属网抹砂浆防火保护措施下的钢结构进行耐火验算。以下主要对防火涂料的耐火验算进行简述：

防火涂料分为膨胀型和非膨胀型。耐火验算时，对于膨胀型防火涂料，设计人员需填写防火涂料的等效热阻，经过软件计算，得出是否满足耐火极限的要求。《建筑钢结构防火技术规范》（GB51249-2017）4.1.3.2指出“设计耐火极限大于1.5h的构件，不宜选用膨胀型防火涂料”因此，对于耐火极限大于1.5h的构件应采用非膨胀型防火涂料进行防护。

非膨胀型防火涂料需填写防火涂料的等效热传导系数。鉴于市场上防火涂料种类繁多，建设单位选用的防火涂料又各有差异，这就给设计参数的选取带来了很大困难。因此，《建筑钢结构防火技术规范》（GB51249-2017）附录A 给出防火保护层的施用厚度，既当工程实际使用的非膨胀型防火涂料的等效热传导系数与设计要求不一致时，可按照附录A中式（A-1）进行换算，得到实际施用厚度。设计人员在选取参数“等效热传导系数”时，可以选取市场常规防火涂料的参数进行设计，确定防火涂料的厚度。施工时可根据等效热传导系数进行换算得到施用厚度，或建设单位提供所选材料的等效热传导系数经设计复核确定防火涂料的设计厚度。

防火涂料施工现场

防火涂料涂装样例一

防火涂料涂装样例二