鋼結構是當今建筑的主要結構，本文簡要介紹當今正蓬勃發展的鋼結構的概況，針對鋼結構耐火性與穩定性，著重對鋼結構耐火保護方法與可靠性進行探討。

　　《智能建筑》(月刊)創刊于2003年，由中國建筑業協會主辦。主要內容有宣傳智能建筑行業的產業政策、報道智能建筑行業的科研成果、交流智能建筑行業和工程設計與施工經驗、傳播智能建筑行業的動態信息、推廣智能建筑行業的成功技術和先進產品。

　　一、鋼結構概述

　　1、鋼結構的特點。在施工時間方面：用于施工的鋼結構構件可以是工廠化生產、工業化程度高，現場安裝快捷，大大縮短施工的時間;在施工空間方面：鋼材抗壓、抗側彎強度大，一般鋼材的性能均為混凝土的1.5 倍，特別是其抗拉、彎性能遠優于混凝土結構。因此在等同強度的條件下可以縮小截面從而增大了有效的空間;在利用率方面：鋼結構建筑的施工材料可以實現再生利用，這樣就減少了大量的建筑垃圾，符合環保建筑施工和可持續發展的要求。

　　此外鋼結構抗震性能優良，又有柔性結構、自重輕，能有效地降低地震及災害的影響程度，可大大提高住宅的安全性。

　　2、鋼結構的不足。鋼結構因其優勢而得到廣泛應用，近年來產生的鋼結構住宅也促進了住宅產業化的發展進程。但鋼材也存在其固有不足。比如鋼材的耐腐蝕性和耐火性較差，其防護費用高過混凝土材料。鋼材雖有一定的耐熱性，但在溫度達150℃以上時，鋼結構需要加隔熱層加以保護。鋼材的強度高，所做構件多數壁薄且截面較小，受壓時為了在強度與穩定之間取得最優，往往滿足了穩定的要求，而使得強度不能充分發揮等。

　　二、鋼結構的耐火保護方法

　　由于鋼結構耐火能差，在火災高溫作用下很快失效倒塌，耐火極限僅15分鐘，若采取措施，對鋼結構進行保護，使其在火災時溫度升高不超過臨界溫度，鋼結構在火災中就能保持穩定性，對鋼結構采取的保護措施，從原理上來講，主要可劃分為兩種：截流法和疏導法。

　　1、截流法。原理是截斷或阻滯火災產生的熱流量向構件的傳輸，從而使構件在規定的時間內溫升不超過其臨界溫度。其作法是構件表面設置一層保護材料，火災產生的高溫首先傳給這些保護材料，再由保護材料使給構件。由于所選材料的導熱系數較小，而熱容又較大，所以能很好地阻滯熱流向構件的傳輸，從而起到保護作用。截流法又分為噴涂法、包封法、屏蔽法和水噴淋法。

　　2、噴涂法。用噴涂機具將防火涂料直接噴在構件表面，形成保護層。鋼結構防火涂料按所使用的膠粘劑的不同可分為有機防火涂料和無機防火涂料兩類，按涂層厚度分為薄涂型和厚涂型兩類，薄涂型鋼結構涂料涂層厚度一般為2～7mm，有一定裝飾效果，高溫時涂層膨脹增厚，具有耐火隔熱作用，耐火極限可達0.5～1.5小時，這種涂料又稱綱結構膨脹防火涂料。厚涂型鋼結構防火涂料厚度一般為8～20mm，粒狀表面，密度較小，導熱系數低，耐火極限可達0.5～3.0小時，這種涂料又稱鋼結構防火隔熱涂料。

　　3、包封法。在鋼結構表面做耐火保護層，將構件包封起來，其具體做法有：

　　(1)用現澆混凝土作耐火保護層。所使用的材料有混凝土、輕質混凝土及加氣混凝土等。這些材料既有不燃性，又有較大的熱容量，用作耐火保護層能使構件的升溫減緩。由于混凝土的表層在火災高溫下易于剝落，可在鋼材表面加敷鋼絲網，進一步提高其耐火的性能。

　　(2)用砂漿或灰膠泥作耐火保護層。所使用的材料一般有砂漿、輕質巖漿、珍珠巖砂漿或灰膠泥、蛭石砂漿或石灰膠泥等。上術材料均有良好的耐火性能，其施工方法常為金屬網上涂抹上述材料。

　　(3)用礦物纖維。其材料有石棉、巖棉及礦渣棉等。具體施工方法是將礦物纖維與水泥混合，再用特殊噴槍與水的噴霧同時向底子噴涂，構成海綿狀的覆蓋層，然后抹平或任其呈凹凸狀。上述方式可直接噴在鋼構件上，也可以向其上的金屬網噴涂，且以后者效果較好。

　　(4)用輕質預制板作耐火保護層。所用材料有輕質混凝土板、泡沫混凝土板、硅酸鈣成型板及石棉成型板等等，其做法是以上述預制板包覆構件，板間連接可采用釘合及粘合。這種構造方式施工簡便而工期較短，并有利工業化。同時，承重(鋼結構)與防火(預制板)的功能劃分明確，火災后修復簡便且不影響主體結構的功能，因而具有良好的復原性。

　　3、屏蔽法。屏蔽法是把鋼結構包藏在耐火材料組成的墻體或吊頂內，在鋼梁、鋼屋架下作耐火吊頂，火災時可以使鋼梁、鋼屋架的升溫大為延緩，大大提高鋼結構的耐火能力，而且這種方法還能增加室內的美觀，但要注意吊頂的接縫、孔洞處應嚴密，防止竄火。

　　4、疏導法。與截流法不同，疏導法允許熱量傳到構件上，然后設法把熱量導走或消耗掉，同樣可使構件溫度不至升高到臨界溫度，從而起到保護作用。

　　疏導法目前主要是充水冷卻保護這一種方法。該方法是在空心封閉截面中(主要是柱)充滿水，火災時構件把從火場中吸收的熱量傳給水，依靠水的蒸發消耗熱量或通過循環把熱量導走，構件溫度便可保持在100℃左右。從理論上講，這是鋼結構保護最有效的方法。該系統工作時，構件相當于盛滿水被加熱的容器，象燒水鍋一樣工作。只要補充水源，維持足夠水位，而水的比熱和氣化熱又較大，構件吸收的熱量將源源不斷地被耗掉或導走。冷卻水可由高位水箱或供水管網或消防車來補充。蒸氣由排氣口排出。當柱高度過大時，可分為幾個循環系統，以防止柱底水壓過大，為防止銹蝕或水的冰結，水中應摻加阻銹劑和防凍劑。水冷卻法既可單根柱自成系統，又可多根柱聯通。前者僅依靠水的蒸發耗熱，后者既能蒸發散熱，還能借水的溫差形成循環，把熱量導向非火災區溫度較低的柱。

　　三、鋼結構穩定的可靠性研究

　　1、結構分析中的不確定性因素來源。影響剛結構體系穩定性的不確定性的基本變量許多是隨機的，一般分為三類：

　　(1)物理、幾何不確定性：如材料(彈性模量，屈服應力，泊松比等)、桿件尺寸、截面積、殘余應力、初始變形等。

　　(2)統計的不確定性：在統計與穩定性有關的物理量和幾何量時，總是根據有限樣本來選擇概率密度分布函數，因此帶來一定的經驗性。這種不確定性稱為統計的不確定性，是由于缺乏信息造成的。

　　(3)模型的不確定性：為了對結構進行分析，所提的假設、數學模型、邊界條件以及目前技術水平難以在計算中反映的種種因素，所導致的理論值與實際承載力的差異，都歸結為模型的不確定性。

　　2、結構的可靠性研究。國內外學者對結構可靠度理論已經進行了較為深入的研究，在可靠度計算方法及復雜結構可靠度分析方面取得了很多研究成果。

　　任何工程分析和設計的最終目的是使設計的結構在不同要求下滿足不同的功能-安全性、使用性、耐久性由 于不確定性的存在，就需要把這些不確定性加入工程設計中，從而產生了很多可靠度方法。為了估計結構可 靠度，首先要解決相關荷載和抵抗力參數以及它們之間的函數關系，這種關系(又稱功能函數)記作式中X1，X2，…，Xn 是隨機變量。

　　把極限狀態(或失效面)定義為Z 0，則描述可靠度的參數可靠性指標定義為坐標原點到失效面的最小距離 目前用于可靠性指標 計算一般有兩種方法：一次可靠度方法(FORM)和二次可靠度方法(SORM)。

　　3、目前用于結構可靠度分析的數值方法評述

　　對于復雜結構， 功能函數g(x)通常不能明確表達為輸入隨機變量的函數，結構的響應通常通過數值方法(如有限元)來計算。這些數值方法為：蒙特卡羅模擬法(包括高效的取樣法和方差縮減技術);響應面法基于敏感性的分析方法。

　　4、鋼結構體系穩定性的可靠性研究方法

　　隨機有限元法為剛結構體系穩定性的可靠性研究提供了強有力的分析手段，由于隨機有限元能夠考慮實際結構存在各種各樣的隨機性因素的影響，所以可以預計隨機有限元法在這一研究領域將會有良好的應用前景。

　　四、結束語

　　近年來，我國正在大力發展鋼結構建筑，我們應及時組織考察總結已建成的鋼結構工程的經驗，滿足建筑在適用性能、環境性能、經濟性能、安全性能、耐久性能方面的綜合要求，形成完善的建筑體系。但愿我國的鋼結構建筑能夠經得住歷史的考驗。