近年来，随着国家对重点建设项目和城市基础设施的大量投入，钢结构建筑在大跨度、多高层、住宅钢结构、门式钢架轻钢房屋等方面，都取得了很大的进展，创造了很多新的业绩。钢结构发展很快，取得不少成就。第一，钢结构的产量不断增加，应用范围不断扩大。据钢结构协会统计，钢结构量有800多万吨到900多万吨。现在，到处可以看到钢结构。国家大型项目、重点项目及大跨度的空间结构都采用钢结构。比如奥运场馆，上部大部分采用钢结构。还有一些公共建筑，比如，体育馆、火车站、剧院、飞机场等，很多采用钢结构。第二，钢结构技术不断改进。由于以前钢材使用受限制，建筑采用传统的模式，而现在出现了钢管、圆管、钢构混凝土等，要求结构的节点也随之变化，管管相接。材料上，有高强度的钢，厚板钢材，玻璃，不锈钢，钛合金。施工上也有新的工艺。钢结构在我国具有极大的发展空间，国外钢结构占钢材总量的10%左右，而中国仅占4%左右，我国的人均钢材占有量刚达到世界人均水平100千克左右，日本人均钢材占有量是400-500千克，有一定差距。现阶段我国钢结构建筑只占建筑总量不足3％的比例，发达国家已占30％～50％。我国钢结构发展具有较大的空间和潜力，伴随着建筑市场的持续发展，钢结构的发展将得到进一步的推动。中国处于全面建设的高峰期，正大量消耗着全球的自然资源。钢结构与混凝土结构相比，它环保且更利于建筑产业化的发展。
1、钢结构的特点和钢材性能
钢结构是用钢板、热轧型钢或冷加工成型的薄壁型钢等制造而成的。钢结构与其他材料的结构相比，有如下特点：（1）、材料的强度高，塑性和韧性较好。塑性好，结构在一般条件下不会因超载而突然断裂；韧性好，结构对动力荷载的适应性强。良好的吸能能力和延性还使钢结构具有优越的抗震性能。（2）、材质均匀，和力学计算的假定比较符合。钢材内部组织比较接近匀质和各向同性体，而且在一定的应力幅度内几乎是完全弹性的。因此，钢结构的实际受力情况和工程力学计算结果比较符合。（3）、钢结构制造简单，施工周期短。钢结构便于机械化操作。（4）、钢结构的质量轻。钢材的密度虽比混凝土等建筑材料大，但钢结构却比钢筋混凝土结构轻，原因是钢材的强度与密度之比要比混凝土大得多。（5）、钢材耐腐蚀性差。对钢结构必须注意防护。（6）、钢材耐热但不耐火。钢材长期经受100℃辐射热时，强度没有多大变化，具有一定的耐热性能；但温度达到150℃以上时，就必须加以保护。钢材不耐火，重要的结构必须注意采取防火措施。
就民用建筑和工业企业范围来说，钢结构的适用范围为：(1)、大跨度结构，如大会堂、体育馆、飞机装配车间、化肥仓库、大型电子工业试验室。（2）重型厂房机构。（3）、受动力荷载影响的结构，抗震要求较高的结构。（4）、可拆卸的结构，如建筑工地生产和生活用房、临时性展览馆。（5）、高耸结构和高层建筑，如电视塔、气象塔、高层宾馆、高层贸易中心等。（6）、容器和其它构筑物，如油罐、煤气罐、高炉、皮带通廊栈桥、管道支架、砖井和采油塔架等。（7）、轻型钢结构。
钢是含碳量小于2%的铁碳合金，碳大于2%时则为铸铁。制造钢结构所用的材料由碳素结构钢中的低碳钢及低合金钢。碳素结构钢由纯铁、碳及杂质元素组成。低合金结构钢中，除上诉元素外还加入合金元素，后者总量通常不超过3%。碳是形成钢材强度的主要成分。碳含量提高，则钢材强度提高，但同时钢材的塑性、韧性、冷弯性能、可焊性及抗锈蚀能力下降。含碳量小于0。25%的为低碳钢，钢结构用钢的碳含量一般不大于0。22%。钢材虽然是不燃烧体，但就其自身耐火性能来讲，远低于砖石和钢筋混凝土，钢结构建筑具有耐火性能差这个致命弱点，在未进行防火保护的情况下，火灾时，其强度会迅速下降。约在150℃以内钢材性能没有很大的变化；430℃—540℃之间则强度急剧下降；600℃时强度很低不能承担荷载。另外，250℃附近出现兰脆现象，约260℃—320℃时有徐变现象。在自身温度达到540℃左右时，钢材的屈服应力仅有常温屈服应力值的40%，使承载能力急剧下降，钢结构不可避免地发生变形，造成钢结构建筑物一部分或全部垮塌毁坏。一般火场温度达到800℃—1000℃，在这样高的温度下，裸露的钢结构会很快出现塑性变形，产生局部破坏，造成钢结构建筑整体倒塌。
2、钢结构的耐火等级
钢的内部晶体组织对温度非常敏感，温度的升高或者降低都会使钢材性能发生变化。总的趋势是随着温度的升高，钢材强度降低，变形增大。根据钢构件耐火实验得到钢构件的耐火极限为：
t=0。54(Ts-50)(F/V)-0。6
式中：t—耐火极限，min；
Ts—钢构件温度，℃；
F/V—构件的截面系数，等于单位长度构件的受火面积与其体积的比值，m-1。
耐火极限是指对任一建筑构件按时间-温度标准曲线进行耐火实验，从受到火的作用时起，到失去支持能力或完整性被破坏或失去隔火作用时止的这段时间。因此，常用钢结构构件的耐火极限只有15min—30min。我国20世纪90年代初对裸露钢梁的耐火极限进行了验证，确认I36b、I40b标准工字钢梁的耐火极限分别为15min、16min。
《建筑设计防火规范》（GBJ16-87）中，将建筑物的耐火等级划分为四级，划分的依据是组成建筑物的构件的燃烧性能和构件最低的耐火极限。未经防火保护的钢结构建筑物的耐火等级仅为四级，不能满足火灾情况下对建筑防火的要求。钢结构适用的体育馆、剧院等重要公共建筑，规范要求应达到一、二级耐火等级；高层建筑，规范要求应为一、二级耐火等级；针对普通的火灾危险性属丙类的工业厂房，规范要求的最低耐火等级为三级。所以，钢结构建筑物必须对钢结构进行必要的防火保护，克服其材料实际应用中耐火性能的不足，达到规范对相应使用性质和建筑规模建筑物的耐火等级要求。
3、钢结构的防火保护
钢结构现有的防火保护措施主要有：喷涂钢结构防火涂料、用现浇混凝土或砂浆做耐火保护层、粘贴轻质预制板、喷涂矿物纤维、采用耐火材料屏蔽、中空钢构内部通水、架设水喷淋保护。目前在实际工程应用中，钢结构防火保护方法绝对多数是采用钢结构防火涂料。早在20世纪80年代初期，于我国兴建的由国外设计的工程开始采用钢结构防火涂料，到1985年，国内部分科研单位和厂家开始研究生产钢结构防火涂料。在《室内钢结构防火涂料通用技术条件》（GB14907-94）中，钢结构防火涂料是指施涂于建筑及构筑物的钢结构表面，能形成耐火隔热保护层以提高钢结构耐火极限的涂料。钢结构防火涂料按其涂层厚度及性能特点可分为：B类 薄涂型钢结构防火涂料—涂层厚度一般为2—7mm，有一定装饰效果，高温时膨胀增厚耐火隔热，耐火极限可达0。5—1。5h，又称为钢结构膨胀防火涂料；H类 厚涂型钢结构防火涂料—涂层厚度一般为8—50mm，粒状表面，密度较小，热导率低，耐火极限可达0。5—3。0h，又称为钢结构防火隔热涂料。
厚涂型钢结构防火涂料在火灾中利用材料的不燃性、低导热性或涂层中材料的吸热性，延缓钢材的温升，保护钢材。这类防火涂料是用合适的粘结剂，再配以无机轻质材料、增强材料组成，具有成本较低的优点。施工常采用喷涂，一般用在耐火极限≥2h的钢结构防火保护中。高层民用建筑的柱、一般工业与民用建筑中的支承多层的柱的耐火极限均应达到2。5h以上，需采用该厚型防火涂料保护。按使用环境来分，有室内和室外两种类型。一般来说，室内型钢结构防火涂料价格较低，室外型钢结构防火涂料价格较高一些。对于石化系统及裸露钢结构等的防火保护，均需选择可室外应用的防火涂料；对于一般工业厂房中的隐蔽钢结构，一般只需选择室内型产品；但也可选择性能较好的既可室外使用也可用于室内保护的室内外型产品，以提高钢结构的安全性。
薄涂型钢结构防火涂料受火时能膨胀发泡，以膨胀发泡所形成的耐火隔热层延缓钢材的温升，保护钢构件。这类钢结构防火涂料一般是用合适的乳液聚合物作基料，再配以阻燃剂、添加剂等组成。对这类防火涂料，要求选用的乳液聚合物必须对钢基材有良好的附着力、耐久性和耐水性。其装饰性优于厚涂型防火涂料，一般耐火极限在2h左右。因此常用在≤2h耐火极限的钢结构防火保护工程中，常采用喷涂施工。可对高层民用建筑中的梁，一般工业与民用建筑中支承单层的柱、梁、楼板以及屋顶承重构件中的钢结构进行防火保护。该类防火涂料也分室内与室外应用两种类型。室内型产品不能用于室外作防火保护，室外型产品则既可用于室内，也可用于室外。
另外，还有一类超薄型钢结构防火涂料，该类钢结构防火涂料受火时膨胀发泡形成致密的防火隔热层，该防火层延缓了钢材的温升，提高了钢构件的耐火极限。超薄膨胀型钢结构防火涂料施工可采用喷涂、刷涂或滚涂，一般使用在耐火极限要求在2。0h以内的建筑钢结构上。如可对一级耐火等级建筑物中的梁楼板与屋顶承重构件，及二级耐火等级建筑中的柱、梁、楼板等进行有效防火保护。近年来，轻型钢结构在工程中的应用倍受青睐，各种轻钢梁、网架等也可用该类型防火涂料进行防火保护。迄今为止，该类产品不管是国内，还是国外，都只开发出室内型产品。
4、钢结构建筑物防火存在的主要问题
尽管钢结构防火涂料起着主要的作用，在钢结构建筑工程应用中充分体现了价值，但其存在的缺陷也较为明显。比如各个生产企业的同一产品的耐火试验数据偏少，在实际工程中钢构件的截面形状尺寸多种多样，与耐火试验时的构件有较大差异，要达到相同耐火极限厚度必须经过计算才能得出，否则保护层发挥不到实效。另外，防火材料的使用寿命，也是一个值得重视的问题。在没有直接准确的评定方法的前提下，此项工作只能靠企业自己来完成。
通过工作实践与钻研，我认为钢结构采用防火涂料进行防火保护存在以下亟待解决的问题：
（1）、防火涂料产品质量无法保证。2005年8月，天津市公安、质检、工商联合执法，开展了消防产品专项整治行动，其中对防火涂料等产品的抽检合格率不超过50%。同时，北京市消防局公布的消防产品抽检结果显示，防火涂料等消防产品的质量抽检合格率仅为48%。《钢结构防火涂料应用技术规范》（CECS24：90）第3。2。1条规定:“用于保护钢结构的防火涂料必须有国家检验机构的耐火极限检测报告和理化性能检测报告 ， 必须有防火监督部门核发的生产许可证和生产厂方的产品合格证 ”。少数防火涂料生产厂家虽通过国家消防产品检测机构的检测，但内部采用送检样品使用一套生产标准（甚至购买其它合格产品冒充自己产品送检），生产产品却用另一套标准的方法，为追求经济效益，降低原材料等级、擅自改变配方，导致劣质产品流入市场。
（2）、施工队伍素质不齐。钢结构防火涂料是一种消防安全材料，施工质量的好坏，直接影响使用效果和消防安全性能。根据国内外的经验，为了确保喷涂质量，《钢结构防火涂料应用技术规范》（CECS24：90）第 3。1。1条明确规定:“ 钢结构防火喷涂保护应由经过培训合格的专业施工队施工 ”。但是有些建设单位不清楚规范或图省钱，直接雇用刷油工或组织有关非专业人员涂刷，非专业队伍不懂防火涂料喷涂技术 ， 结果既不符合规范要求，也无法起到防火保护效果。即使是正式注册有资质的施工单位，由于管理不当、责任心不强，施工人员也以农民工为主，多数未经上岗培训，施工工程中往往为降低成本偷工减料，不按规范与图纸施工，随意性大，无法保证工程质量。
此外，我国的防火设计规范的制定是以二十多年前对一些典型的构件进行耐火试验得出的数据为基础的。但随着新材料、新结构的不断出现，需要对新的保护措施及新型结构的耐火极限进行确认，从而确定科学、合理、经济的防火保护措施。针对以上问题，我认为，第一、消防部门应加强对防火涂料市场的监管，配备相应先进检测器材，定期抽检防火涂料并对社会公布。第二、对防火涂料保护工程，从设计、施工、验收均予以重视，消防部门对此类工程项目应进行施工检查，并制定一套明确的检查验收标准。第三、加强对施工队伍的规范管理，制定相应惩戒措施，明确资质要求。
5。结束语
今后，随着农业、工业、国防和科学技术现代化的进程和钢产量的不断提高，钢结构的应用会有很大发展。为适应这一形势，钢结构的科学技术水平应该不断提高，将会扩大高强度钢材的应用、加强对构件和结构极限状态的深入了解，促进结构的革新和最优化原则的应用等。针对钢结构建筑消防安全方面存在的耐火等级先天较低的情况，应鼓励摸索研究钢结构防火保护新措施，研究耐火性能好、时效长、粘结力高的钢结构防火材料以及金属、非金属钢结构复合防火材料，积极应用建筑耐火钢，进一步提高钢结构建筑的耐火性能。
