冯静，杨晓莉，何文跃

（1.浙江工业大学之江学院，浙江杭州 310024；2.中国新型建材设计研究院，浙江杭州 310003）

轻钢住宅防火体系研究

冯静1，杨晓莉1，何文跃2

（1.浙江工业大学之江学院，浙江杭州 310024；2.中国新型建材设计研究院，浙江杭州 310003）

从高性能耐火耐候钢的开发应用、耐火极限和消防设施的相关规定、国内外消防体制的差异及消防意识的普及与管理等角度全方位探讨了如何构建轻钢住宅的防火体系，以促进轻钢结构体系在低层、多层住宅中的推广应用。

轻钢住宅；耐火耐候钢；耐火极限；消防体制

0 引言

轻钢住宅施工方便、抗震能力强、空间利用率高，且分割灵活、便于拆除、可塑性强，相对于其它结构形式，可极大地突破结构对建筑的束缚，创造出轻盈、灵巧、通透的建筑造型，是符合绿色环保要求的新型住宅结构体系。随着我国钢产量的快速发展，及轻钢住宅相配套的其它新型建材的发展和应用，轻钢住宅作为绿色建筑体系越来越被大力推崇，是当今新型住宅建筑发展的重要方向与大势所趋。与传统的钢筋混凝土结构、砌体结构相比，耐火性成为轻钢住宅推广过程中的最大障碍之一，是发展过程中亟待解决的核心问题，本文从主体结构材料、防火规范、防火设施、消防意识普及管理等方面多维度探讨轻钢住宅的防火问题，并提出若干建议，以促进轻钢住宅的推广应用。

1 高性能耐火耐候钢的开发应用

文献[1]在参考欧洲规范基础上提供了在不同高温情况下普通钢材、耐火钢材的强度折减系数，具体见表1。

表1 高温下钢材的强度折减系数

从表1可见，没有防火涂层的普通钢材一旦发生火灾，高温下（通常指在600℃以下）强度迅速下降，而耐火钢能够在高温下的一定时间内保持较高的强度，从而增加建筑物的防火能力。耐火钢是通过在结构钢中加入钼等合金元素，使钢材在高温下析出碳化钼，由于此类物质比铁原子大，能起到阻止或弱化“滑移”的作用，从而提高了钢材在高温下的强度，在规定的耐火时间内保持较高的强度[1]。如鞍钢400级、490级系列耐火钢的耐火极限试验表明：在600℃高温下0.5～2.5 h内屈服强度不低于常温值的2/3；在无涂覆防火层时达到耐火等级4级梁的耐火极限；厚型涂覆达到1级梁的耐火极限时的涂覆厚度比普通Q345钢节省1/2，且钢材焊接性能良好[2]。国外早已大量采用高性能耐火钢，日本新日铁开发的490级的高性能耐火钢，可保证在700～800℃下的高温强度。新日铁第二办公楼采用钢结构体系，若采用普通钢材，柱梁防火层涂料厚度为50 mm，使用高性能耐火钢则防火层涂料厚度仅需15 mm，部分露出室外的柱梁则完全取消了防火涂料层，大大降低了防火造价[3]。

在增强防火性能的同时开发兼具防锈功能的耐火耐候钢，既可免去或者减少防火涂料，又可节约防锈涂料，在钢材价格增加不多的情况下可大大节约综合成本，具有广阔的应用前景。高性能耐火耐候钢是发达国家竞相开发的一种用途广泛的新型建筑用特殊钢材。目前，我国也有诸多钢铁企业（如宝钢、马钢、武钢、攀钢、鞍钢等）已开发成功建筑用耐火耐候钢，可在600℃高温时，屈服强度仍保持不低于常温屈服强度的2/3，而抗锈蚀性是普通钢的2～8倍[4]。耐火耐候钢是具有防火、防锈设计要求的轻钢住宅的首选绿色环保型建材。对耐火等级低的低层轻钢住宅或对多层轻钢住宅中耐火极限要求低的构件可不涂覆防火材料；而对耐火等级相对较高的构件可减少涂覆防火层厚度。从而使得钢材用量减小或抛弃对防火材料的依赖，既方便施工又可降低工程造价，从而极大地提高轻钢住宅对传统钢筋混凝土结构、砌体结构住宅的产品竞争力。此外，耐火耐候钢具有一定的自愈性，在钢材加工或是火灾后，其耐火性、耐候性可保持基本不变，这是普通钢材在涂覆保护层后不可能具有的性质，由此带来的优势不可估量[4]。目前，耐火耐候钢越来越多地开始在国内一些厂房、住宅楼、商务楼等建筑中得到应用，在一些重点工程如国家大剧院、中国残疾人体育艺术培训基地（上海市重点工程）中也成功应用了武钢生产的耐火耐候钢[5-6]。

2 轻钢住宅耐火极限的探讨

GBJ 16—87（2001修订版）《建筑设计防火规范》耐火等级四级最多允许层数2层，而GB 50368—2005《住宅建筑规范》中对四级耐火等级的住宅建筑允许建筑层数调整为3层。对表2分析可见：调整后，耐火等级四级的梁、柱、楼板的耐火极限要求看似有较大幅度提高，但实际上由于将低层中占主流的3层住宅耐火等级从原来的三级降为四级，使得3层轻钢住宅的耐火极限要求降低，从而极大地降低了轻钢结构的防火成本。GB 50016—2012《建筑设计防火规范》在此基础上进一步降低了耐火等级四级的耐火极限，如梁、柱耐火极限降低为0.5 h，而对楼板和非承重墙则不作要求。这个耐火等级四级允许层数和耐火极限的调整，极大地降低了轻钢低层住宅的防火造价，有利于促进钢结构在低层住宅中的推广应用。在低层轻钢住宅中，火灾时间超过0.5 h，所造成的损失对保护结构已无实际意义，采用0.5 h的耐火极限比较合理，且单层石膏板的防护即可，也可采用无涂覆防火层的高性能耐火耐候钢。

表2 主要构件的燃烧性能和耐火极限

GBJ 16—87（2001修订版）耐火等级三级最多允许层数5层，而GB 50368—2005中，三级最多允许的建筑层数调整为9层。从表2可见，与耐火等级四级相比，对多层住宅的耐火极限要求有大幅度提高。由于这2个规范是综合性规范，主要针对的是传统钢筋混凝土结构和砌体结构，即使耐火等级从四级到三级的耐火极限有大幅度提高，基本不会导致传统建材防火造价的提高，但却会导致轻钢住宅防火造价的大幅度提高。如4层轻钢住宅，耐火等级为三级，如用厚涂型钢结构防火涂料作钢柱保护层，涂层厚度需30 mm；而3层耐火等级则为四级，涂层厚度仅需10 mm，将极大地增加4层住宅防火造价。此外，4层轻钢住宅的耐火极限却与9层轻钢住宅的耐火极限要求相同。此两处的合理性有待商榷，原因在于轻钢住宅套用的是综合性防火规范所致。较高的防火造价是多层轻钢住宅比传统混凝土结构或砖混结构造价偏高的主要原因，不利于促进轻钢结构在多层住宅中的推广应用。考虑我国地少人多的基本国情，城镇化过程中必然要以多层和高层住宅建筑为主，而不是别墅、排屋或者低密度住宅为主，使得轻钢住宅在我国的推广必须以考虑在多层建筑中的应用为重点。我国防火规范对耐火性能完全不同于传统建材的轻钢住宅并无专门分类规定，不能满足推广多层轻钢住宅的需要，应对防火标准的过严限制而导致整个轻钢住宅市场的成本增加量与平均火灾率下的总损失量进行统计分析和比较，并在保证失火逃生和救援时间的情况下，在耐火极限要求和配套的防火设施方面，与钢筋混凝土结构、砌体结构区别对待。

钢结构防火构造的目的是将钢结构耐火极限提高到规范允许的范围，防止钢结构在火灾时迅速升温而发生结构失效，主要采用的防火构造有：涂层类保护、包覆类保护和屏蔽类保护。其中，涂层类保护和包覆类保护都需额外增加防火造价，且装修时容易产生破坏，从而遗留火灾隐患。应提倡材料防火与建筑设计相结合，在可能情况下将钢结构设置在墙体或顶棚内，或将钢结构构件包藏在两片墙之间的间隙中，利用非燃墙体本身为钢构件提供防火保护，通过巧妙设计获得屏蔽类保护的效果，避免另做防火保护层，节约防火成本。

3 国内外规范对主动防火设施的规定差异

当住宅建筑内设有额外的消防措施保护时，如安装防火辅助和警报器具、快速疏散指示标志、自动喷淋灭火等主动防火措施时，部分国外防火规范允许弱化被动防火要求，如放宽对钢结构耐火等级、材料燃烧性能、防火间距等要求，从而在保证消防安全的前提下，降低轻钢防火造价。据相关资料介绍[7]，自动喷淋灭火系统的灭火成功率高达95%以上，特别对控制初始火灾非常有效，同时具有工程造价低、维护费用小等优点，是一项住宅中可普及使用且具经济性的消防设施。而我国防火规范对低多层住宅建筑没有具体的消防设施要求，只有在JGJ 227—2011《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》中要求低层冷弯薄壁型钢住宅建筑内可设置火灾报警装置，也仅是一个建议性的非强制性规定，且并不能弱化被动防火要求，起不到降低防火造价的目的。根据表3对比可知，国外的低层、多层建筑在消防设施的配置方面比我国严格很多，并通过主动防火降低被动防火的要求，防火规范不同的制定原则是各国消防管理体制与水平、公众的消防安全意识上的差异在技术标准上的直接反映[8]。应在国家标准中扩大住宅设置自动喷淋灭火设施的范围。同时与其它安全疏散设施和其它防火技术措施相结合，加强主动防火能力。在该前提下，耐火等级和耐火极限、防火分区等方面的要求可参考国外规范相应放松，为轻钢住宅的发展创造条件，机械地采取传统防火方式必将阻碍建筑的创新与进步，不利于推广轻钢结构住宅。

表3 各国规范对住宅建筑消防设施的规定

从国内外防火规范对比来看，我国规范对于建筑构件耐火极限和建筑物防火间距等被动防火要求总体相对更为严格，对低层、多层住宅的消防设施配备等主动防火要求则偏弱[8]。因此，在积极引进国外轻钢住宅技术时应考虑国情差异，不能照搬照抄，应建立适合当前国情的轻钢住宅防火体系。随着科技的快速发展，自动喷淋系统、温度感应系统等智能化防火设施在轻钢住宅中的推广应用，我国消防管理体制与水平的改进，及适应轻钢住宅防火规范的研究与完善，在经济合理的被动防火基础上配合主动防火，轻钢防火成本将进一步降低，民众的消防安全将进一步提高。

4 轻钢住宅的消防意识普及与管理

我国的防火配套设施、消防管理体制与水平都与发达国家相比有较大差距，民众防火意识也较为薄弱，日常生活中常见对消防设施的破坏，以及为一己之私对消防通道的堵塞等。另外，即使采取了防火保护措施，由于住户缺乏这方面专业知识，不知轻钢住宅防火保护的重要性，在装修过程中也容易造成保护层破损失效。一旦发生火灾，会影响到建筑主体结构安全，造成生命财产损失。因此，钢结构防火保护构造应牢固可靠，尽量降低装修破坏的可能性。同时考虑轻钢住宅由于其私有性，消防安全管理相对困难，轻钢住宅小区应加强防火重要性的宣传及钢结构防火特性的普及，建设单位应提供住宅使用说明书，告知物业与住户钢结构涂装层不得铲除，防火板不得破坏或拆除，不得在外墙上安装挂件，围护墙体饰面不得破坏、受潮或渗水等。

从长期来看，只有在民众防火意识得到普及与提高，防火规范进行积极调整和不断完善防火制度，低多层住宅建筑内配备相应的消防设施，才能有效发挥主动防火的作用，改进现阶段低层、多层住宅主动防火薄弱的现状，尽早发现与主动灭火，变被动为主动，使得整个建筑防火体系更趋合理、完善。

5 结语

轻钢住宅的防火问题一直是其相对于传统钢筋混凝土结构与砌体结构竞争劣势的桎梏，是轻钢住宅推广发展过程中亟待解决的问题，本文主要从材料、防火规范、消防体制、防火意识与管理等方面进行了多维度探讨。

（1）新型高性能耐火耐候钢是解决轻钢住宅防火、防锈问题的最根本最有效途径，是首选的绿色环保型建材，有广阔的市场前景。

（2）由于轻钢与传统建材的高温性能差异巨大，将综合性防火规范和住宅建筑设计规范直接套用到轻钢住宅防火设计中的合理性有待商榷，不利于轻钢结构在住宅中的推广应用，应在充分研究基础上，对轻钢住宅耐火等级、耐火极限、防火分区等进行区别对待。

（3）推广智能化防火设施在轻钢住宅中的应用，如自动喷淋系统、温度感应系统等，安装防火辅助和警报器具，通过快速疏散加强住宅主动防火能力的建设，从而适当弱化被动防火要求。

（4）要对住户加强轻钢住宅防火基本知识的宣传，走符合当前国情的轻钢住宅防火体系，不断完善防火体制和防火规范是有效发挥主动防火作用的重要基础。

[1]CECS 200—2006，建筑钢结构防火技术规范[S].

[2]王泽林，王文仲，郝森，等.建筑结构用耐火钢的耐火极限试验[J].钢结构，2004（4）：56-58.

[3]黄维，高真凤，张志勤.日本建筑结构用钢板发展现状[J].建筑钢结构进展，2015，17（1）：1-6.

[4]张威振，徐志胜.耐火耐候钢的研究与应用现状[J].新型建筑材料，2004（1）：62-64.

[5]刘继雄，陈晓，李和平，等.高性能耐火耐候建筑用钢的力学性能和焊接性能及其典型应用研究[J].建筑钢结构进展，2004（3）：9-14.

[6]徐伟良，范鹏飞.耐火耐候钢在我国建筑业的发展与工程应用[J].四川建筑科学研究，2009，35（5）：171-174.

[7]赵敏.剖析自动喷淋灭火系统设计的有关要点[J].建筑工程技术与设计，2014（26）：22-24.

[8]郝爱玲，倪照鹏，阮涛.多层薄板轻钢住宅防火技术研究[J].消防科学与技术，2009，28（11）：806-808.

Research on the fire protection system of light steel structure residence

FENG Jing1，YANG Xiaoli1，HE Wenyue2
（1.Zhijiang College of Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310024，China）（2.China New Building Material Design&Research Institute，Hangzhou 310003，China）

This paper discusses how to build a light steel structure residential fire protection system from the development and application of fire-resistant and weather-resistant steel and，the relevant regulations of fire resistance and fire protection facilities，the differences of fire control system at home and abroad，and the popularization and management of fire protection awareness. Promote the application of light steel structure system on light steel structure residence.

light steel structure residence，fire-resistant and weather-resistant steel，fire endurance，fire fighting system

TU392.5

A

1001-702X（2016）07-0117-03

浙江省教育厅科研项目资助（Y201329932）

2016-04-21

冯静，女，1975年生，浙江江山人，讲师，硕士，一级注册建筑师。