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1、引言
近年来，钢结构越来越多的被应用于公共建筑。《“十四五”建筑业发展规划》中也指出：“完善钢结构建筑标准体系，……鼓励学校、医院等公共建筑优先采用钢结构。”防火涂料因其不受结构形体限制，施工简便，技术成熟，占用建筑空间小等优势，是目前国内大型公共建筑中应用最广泛的钢结构防火保护措施。
对完成效果要求较高的重要公共建筑，传统的装饰手法是用铝板、石材、石膏板等将钢结构包成所需要的形态和质感。随着建筑结构技术水平、防火涂料及其表面涂装工艺不断提高，设计师开始尝试取消传统钢结构的外包装饰层，将梁柱、桁架、拉索等构件直接作为装饰元素，以强调结构自身的韵律感和力量感，同时节约装饰成本。钢结构表面的完成效果变得愈发重要，甚至影响整个项目的美观度。
传统设计过程中，钢结构防火及防腐方案多以安全性和功能性为主导，完成效果很容易失控。另一种情况是，当设计师未考虑施工可行性时，粗暴的按规范设计也会造成防火涂料无法施工或施工困难。国家或地方建筑标准设计图集与相关规范中均将结构防火与防腐分别阐述，缺少美观性表述及特殊空间的应用要求。
本文以实现最优建筑完成效果为前提，对钢结构防火涂料及其表面涂装方案进行归纳总结，并给出在特殊情况下，防火设计进行专项论证的主要方向，以期给设计师在工程实践中提供参考。
2、类型及选用方案
2.1钢结构防火涂料的类型
用于普通工业与民用建筑的钢结构防火涂料按照不同的分类方式，有不同的类别。其中最常用的划分方式是按涂层厚度划分为：非膨胀型（厚型）和膨胀型两种，其中膨胀型防火涂料还被细分为薄型和超薄型。
△表2-1 按涂层厚度划分
防火涂料耐火性能及涂层参考厚度对比
△表2-2 按涂层厚度划分，防火涂料特性对比
受火前 | 受火后，膨胀40~50倍 |
△膨胀型防火涂料受火前后对比图
钢结构防火涂料按使用场所可分为：室内和室外两种。其中室内钢结构防火涂料适用于室内或者隐蔽工程中，室外钢结构防火涂料适用于室外或露天工程中。二者的区别在于室外防火涂料的理化性能增加了：耐暴晒性、耐冻融循环性、耐酸耐碱性、耐紫外线辐射性等指标要求。在设计时应明确防火涂料的使用场所。
钢结构防火涂料分散介质的划分方式主要针对膨胀型防火涂料，分为：水基性和溶剂性两种，其中水基性（俗称水性）是以水作为分散介质，用于室内或少水的环境。溶剂性是以有机溶剂作为分散介质，可用于室内和室外。薄型防火涂料多以水基性为分散介质，超薄型的防火涂料多以溶剂性作为分散介质，因为水基性的超薄型防火涂料的稳定性略差。水基性的防火涂料对施工温度有一定的要求，北方的冬季施工会受到天气的影响，对于工期紧张的项目需提前确实选择方案。按基料的划分方式主要针对非膨胀型防火涂料，分为：水泥基和石膏基两种。近些年，更为绿色环保的石膏基防火涂料越来越多的进入设计师的选择范围，现将石膏基防火涂料与水泥基防火涂料进行对比。
△表2-3 水泥基与石膏基防火涂料特性对比
2.2不同防火涂料完成效果对比
防火涂料的完成效果主要受其分散介质和基料的影响，即厚型、薄型、超薄型三种防火涂料因其防火原理不同，施工完成后的外观效果也明显不同。
厚型防火涂料基料颗粒大，喷涂完成后外观较粗砂浆更为粗糙，最后如抹平收光后仍较为粗糙，需要1~2道腻子方可实现表面基本平整，但仍不能满足平整度、光泽度的要求。薄型防火涂料颗粒较小，喷涂完成后外观类似细砂浆，因涂层较薄，施工无法进行抹平，故表面仍会存在凹凸，并不光洁，需至少1道腻子并打磨平整，最终的平整度可与室内涂料饰面的墙面一致。超薄型防火涂料喷涂完成后即可实现与涂料墙面基本类似的效果，现场可视情况判断是否需要腻子找平。
喷涂后 | 刮1遍腻子 | 腻子后刷面漆 |
△厚型防火涂料喷涂后效果对比图
喷涂后 | 刮1遍腻子 | 聚氨酯面漆 |
△薄型防火涂料喷涂后效果对比图
销轴喷涂后 | 钢梁喷涂后 | 聚氨酯面漆 |
△超薄型防火涂料喷涂后效果对比图
2.3耐火等级为一级的公共建筑钢结构防火涂料选用方案建议
综合上述不同类型防火涂料的特性与完成效果，以耐火等级一级的民用建筑为例，总结出防火涂料选用建议方案，以期对设计师有所帮助。
建议选用方案考虑了几点因素：
1.因大型重要的公共建筑耐火等级多为一级，故选用方案以耐火等级一级为例。
2.有外包饰面的情况是指：结构构件外包裹金属板、石材、石膏板等装饰面层，内部钢结构不外露或对完成效果无要求的库房、机房等区域。无外包饰面的情况是指：钢结构防火涂料外仅用腻子找平，再以涂料为饰面，且对完成效果有美观性要求。
3.选用方案中的参考厚度为3个不同厂家提供的厚度区间。由于每个厂家材料不同，故同等耐火时间要求下，涂层厚度略有不同；
4.选用方案中防火涂料选取以经济性为出发点，在满足完成效果的同时尽可能选用造价更低的防火涂料类型。
△表2-4 耐火等级为一级的公共建筑防火涂料选用方案建议
经调研，不同类型的防火涂料价格差距较大，概算定额与地方的采购价格差距也较大。按照材料费与施工费总和进行对比的一般规律是：同类型防火涂料1.0h、1.5h、2.0h、3.0h不同耐火极限的要求下，每提高一级，价格提升约为1.5-2倍；同等耐火极限的要求下，厚型、薄型、超薄型的差额为2-3倍。石膏基防火涂料的材料价格较水泥基略高，但由于其施工速度快，用量少，故总体差距不大。
3、设计中规范条款的理解与把握
3.1非膨胀型防火涂料最小厚度要求
《建筑钢结构防火技术规范》GB 51249-2017，第4.1.3条第4款中要求：非膨胀型防火涂料涂层的厚度不应小于10mm；《钢结构防火涂料》GB14907-2018，第5.1.5条中要求:非膨胀型钢结构防火涂料的涂层厚度不应小于15mm。
工程设计时宜按较大值进行控制，即：非膨胀型防火涂料最小厚度≥15mm。
3.2膨胀型防火涂料的应用范围
《建筑钢结构防火技术规范》GB 51249-2017，第4.1.3条第3款：当钢结构耐火极限要求不小于1.5h，以及对室外的钢结构工程，不宜选用膨胀型防火涂料。《钢结构防火涂料》GB14907-2018，第5.2.3条表4中表示：膨胀型防火涂料的耐火极限可到2.0h。
因《建筑钢结构防火技术规范》中的要求为“宜”，即表示为允许稍有选择，故工程设计时可参照《钢结构防火涂料》进行选取，即：当钢结构耐火极限要求≤2.0h时，可选用膨胀型防火涂料。
3.3屋顶承重构件的防火要求
《建筑设计防火规范》GB 50016—2014，表5.1.2中仅给出了“屋顶承重构件”的燃烧性能和耐火极限（h）要求，并未明确屋顶承重构件的包含范围。
依据《建筑钢结构防火技术规范》GB 51249-2017第3.1.1条中明确：屋盖支撑和系杆的设计耐火极限应与屋顶承重构件相同。本条条文说明中进一步明确：仅对屋面板起支撑作用的第一类檩条，即使破坏，对屋盖结构整体受力性能影响很小，故其耐火极限可不作要求。而兼做纵向系杆，或水平向腹杆，对主结构（如屋架）起到支撑作用的第二类檩条，如果破坏可能导致主体结构失去整体稳定性。故其耐火极限应与屋顶承重构件要求一致。
3.4钢结构楼板的防火要求
依据《建筑钢结构防火技术规范》GB 51249-2017，第8.2.1条的条文说明中明确：压型钢板组合楼板的防火设计有两种情况：当压型钢板只作为混凝土板的施工模板，且使用阶段不受力时，不需要进行防火保护。反之，当压型钢板除了作为施工模板外，还与混凝土板形成组合楼板共同受力时，应与楼板的耐火极限要求一致。
同理，目前工程中较为常用的钢筋桁架楼承板，也可按此原则进行防火设计。
4、钢结构表面涂装方案
4.1钢结构表面构造层次及原理
钢结构外表面的构造，主要考虑3方面主要因素，即：防腐、防火、饰面，3个因素视不同的应用环境和场景增减及改变。
首先，钢结构的防腐处理是钢结构设计中必不可少的考虑因素，其重要的设计依据是工程所处环境的腐蚀性及工程防腐耐久性的要求。工程所处环境越恶劣（如高湿度和恶劣大气的工业区域、高含盐度的沿海区域、侵蚀性大气的热带亚热带工业区域等），所要求的防腐耐久性越高，对钢结构表面的防腐处理的要求越高。钢结构防腐处理主要靠底漆和中间漆实现，面漆也起到了一定的屏障作用。
其次，钢结构的防火设计是钢结构设计中重要的考虑因素，但不是必须因素，对于无火源环境中的钢结构构筑物或规范中有明确要求不需要防火保护措施的钢结构构件，设计时可不考虑防火。
最后，钢结构外饰面也是设计中的重要考虑因素。
4.2有防火涂料保护的钢结构表面涂装方案
综合上述防火涂料的防腐、防火、饰面要求，将钢结构外表面逐层做法梳理如下，以期对设计师有所帮助。
建议选用方案考虑了几点因素：
1.按照面漆直接作为完成面考虑，完成效果满足室内的装修要求。
2.腻子可以等同于封闭漆的作用。因为二者均是在防火涂料表面形成致密光滑层。如腻子与面漆匹配，则可取消封闭漆。
3.当喷涂防火涂料的钢结构位于格栅或穿孔吊顶内部，设计对完成面的光滑度和美观度无要求，仅有颜色要求时，可取消腻子和面漆，在封闭漆中添加颜料，以满足设计要求。
△表4-1有防火涂料保护的钢结构表面涂装方案建议
钢结构外表面的完成效果除与防火涂料有关，也同样与面漆直接相关，面漆直接影响钢结构完成面的色彩、质感等因素。随着建筑材料水平和施工工艺水平的逐步提高，市场上可选择的面漆种类越来越丰富，设计师可选择的范围越来越广。将公共建筑中常用面漆的耐紫外线、防腐、完成效果等特点的进行对比，以期对设计师有所帮助。
需明确的是，面漆的特点仅针对市场上通用的该类型面漆，部分特殊产品并未完全涵盖。
△表4-2常见面漆应用区域及其特征对比
基底不够平整，大面积涂刷 有光泽聚氨酯面漆后效果欠佳 | 仿金属质感 氟碳面漆 |
△常见面漆涂刷效果对比图
需要注意的是，防腐涂料的选取应与防火涂料匹配，尤其是膨胀型防火涂料，应与防腐涂料相容。且在施工时因应控制防腐底漆中间漆不应过厚，造成防火涂料脱落，同时也应控制面漆不应过厚，影响膨胀型防火涂料在着火时的发泡效果。
4.3钢结构表面涂装施工问题及注意事项
钢结构防火涂料的施工顺序为：主体结构施工过半，防火涂料进场施工，由下至上，待钢结构全部完成，防火涂料施工也随之完成，验收通过后方可开始施工建筑外幕墙。部分幕墙后置埋件对防火涂料有破坏，会造成防火涂料漏缝等安全隐患，需及时进行补涂。
钢梁顶部与楼板接触的界面不需要喷涂防火涂料。因为楼板自身已经为钢梁提供了防火保护。同理，如果钢梁外侧的砌块或条板的外墙紧贴钢梁，且外墙的耐火极限大于梁的耐火要求，则钢梁与外墙的接触界面按原理可不喷涂防火涂料。然而实际施工过程中，由于防火涂料是在钢结构施工完成后，外墙未砌筑前喷涂的，故钢梁临外墙一侧也会喷涂防火涂料，仅是此面不作为重点喷涂的区域而已。
△钢梁与楼板及外墙接触面防火涂料构造做法示意图
本文内容为作者根据相关规范及工程经验归纳总结，以期给设计师在工程实践中提供参考，如有异议欢迎探讨。
（责任编辑：何雯丽）
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