Стальные конструкции обладают множеством преимуществ по сравнению с традиционными бетонными и каменными конструкциями: стабильные характеристики, небольшой вес, высокая прочность, хорошая сейсмостойкость. Монтаж может осуществляться на заводе с последующей сборкой на месте. Это обеспечивает высокую точность и качество сборки, а также значительно ускоряет строительные работы и сокращает сроки строительства. Кроме того, они называются «зелеными зданиями», характеризуются низкой стоимостью строительства, возможностью вторичной переработки материалов, энергосбережением, экономией земли и воды. В последние годы стальные жилые дома, как экологически чистые сооружения, были включены Министерством строительства в список приоритетных проектов. Однако у столь замечательной конструкции есть один существенный недостаток — низкая огнестойкость. Поскольку стальные конструкции содержат горючие материалы, а сами стальные конструкции при нагревании теряют прочность и легко разрушаются, пожары в таких зданиях часто приводят к массовым жертвам. Наиболее яркий пример — события 11 сентября в США, когда рухнуло здание Всемирного торгового центра в Нью-Йорке, представлявшее собой типичное высотное здание со стальным каркасом. Оно состояло из пяти зданий, главное из которых имело форму двойной башни, в строительстве которой было использовано 78 000 тонн стали. Внешняя часть здания состояла из плотно расположенных стальных колонн, стены были сделаны из алюминиевых панелей и оконных стекол. В результате терактов 11 сентября под воздействием огня основная башня обрушилась всего через 30 минут, что привело к гибели 2797 человек и ущербу в размере 36 млрд долларов США. Поэтому для широкого внедрения стальных конструкций необходимо в первую очередь повысить их огнестойкость, что позволит широко использовать этот энергоэффективный и экологически чистый тип конструкций и в полной мере реализовать его преимущества.

　　

　　1. Огнестойкость стальных конструкций

　　

　　Огнестойкость стальных конструкций зависит от стали. Сталь сама по себе не горит и обладает хорошей жаростойкостью, однако она не выдерживает высоких температур. С повышением температуры прочность стали снижается, а деформации увеличиваются. При температуре ниже 200℃ свойства стали практически не меняются; в диапазоне 430℃—540℃ прочность резко падает; при 600℃ прочность настолько низка, что сталь не может нести нагрузку.

　　

　　Учитывая физические свойства стали, при пожаре, когда температура достигает 450℃—650℃, стальная конструкция теряет несущую способность, подвергается значительной деформации, что приводит к изгибу стальных колонн и балок, в результате чего они становятся неработоспособными из-за чрезмерной деформации и могут даже обрушиться.

　　

　　Деформация и разрушение стальных конструкций при воздействии высоких температур неизбежны. Мы можем только максимально повысить их огнестойкость, чтобы предотвратить их немедленное разрушение при пожаре. Согласно лабораторным данным, огнестойкость обычных стальных конструкций составляет всего 15—30 минут. В государственных стандартах «Нормы пожарной безопасности проектирования зданий» (GBJ16-87) и «Нормы пожарной безопасности проектирования высотных гражданских зданий» (GB50045-95) указано, что огнестойкость противопожарных стен, колонн и несущих стен, стен лестничных клеток и балок зданий первого класса огнестойкости должна составлять 3 часа и 2 часа соответственно. Сравнение показывает, что огнестойкость стальных конструкций без огнезащитного покрытия значительно ниже требований норм пожарной безопасности и не соответствует требованиям пожарной безопасности зданий в условиях пожара. Для преодоления недостатков стальных конструкций в отношении пожарной безопасности необходимо комплексно повышать их огнестойкость, чтобы обеспечить соответствие требованиям норм по классу огнестойкости.

　　

　　2. Меры повышения огнестойкости стальных конструкций

　　

　　2.1 Использование жаростойкой и атмосферостойкой стали. Обычная сталь обладает низкой огнестойкостью, однако с помощью соответствующих технических средств можно изменить состав стали, добавив определенные компоненты, изменить структуру и микроструктуру стали, повысив ее огнестойкость и атмосферостойкость. Это жаростойкая и атмосферостойкая сталь. При температуре 600℃ прочность этой стали снижается менее чем на 30%, кроме того, благодаря хорошей огнестойкости, толщину защитного слоя можно уменьшить, а в некоторых случаях можно отказаться от антикоррозионной окраски, что позволяет сэкономить определенные средства. Использование жаростойкой и атмосферостойкой стали является радикальным решением, которое следует активно внедрять. В настоящее время ряд предприятий Китая производит жаростойкую и атмосферостойкую сталь для строительных работ, что обеспечивает хороший источник материалов для стальных конструкций.

　　

　　2.2 Использование конструкций и элементов с высокой огнестойкостью. Чисто стальные конструкции обладают низкой огнестойкостью, однако их можно комбинировать с бетоном, образуя комбинированные элементы, или использовать железобетонные конструкции в важных местах. Например, в качестве колонн можно использовать стальные трубы, заполненные бетоном, что позволяет значительно повысить огнестойкость. При этом чем больше диаметр (или сторона) стальной трубы, тем дольше время огнестойкости. Стальная труба диаметром 500 мм, заполненная бетоном и покрытая 15-миллиметровым слоем теплоизоляционной огнезащитной краски, может обеспечить огнестойкость в течение 3 часов. Такие элементы, как плиты перекрытия и лестницы, к которым предъявляются высокие требования пожарной безопасности, по возможности, следует изготавливать из железобетона.

　　

　　2.3 Применение рациональных конструктивных решений по огнезащите стальных конструкций. Конструктивные решения по огнезащите стальных конструкций должны быть рациональными, прочными, экономичными, легко монтируемыми и удобными для отделки. При расположении негорючих ограждающих или разделительных конструкций и стальных конструкций на одной оси, негорючая стена может обеспечивать огнезащиту стальных конструкций без необходимости дополнительного огнезащитного слоя. Для открытых стальных конструкций следует использовать рациональные конструктивные решения по огнезащите.

　　

　　2.4 Эффективные методы огнезащиты. К распространенным методам огнезащиты стальных конструкций относятся обкладка бетоном, обкладка металлической сеткой с цементно-песчаной штукатуркой, обкладка огнезащитными панелями и нанесение огнезащитных покрытий. Обкладка бетоном подразумевает полное обкладывание стальных конструкций бетоном с арматурой для предотвращения отслоения бетона. Огнезащита с использованием металлической сетки и цементно-песчаной штукатурки — это традиционный способ, в котором используется металлическая сетка, на которую наносится штукатурка из 50-го раствора. Для обкладки огнезащитными панелями можно использовать негорючие материалы, такие как армированные волокном цементные плиты (например, плиты TK, FC), гипсокартон, плиты из силиката кальция, вермикулитовые плиты.

　　

　　Нанесение огнезащитного покрытия на поверхность стальных конструкций позволяет создать огнезащитный теплоизоляционный слой, повышающий огнестойкость стальных конструкций. Для стальных конструкций, огнестойкость которых по нормам составляет менее 1,5 часов, можно использовать тонкослойные огнезащитные покрытия толщиной 1—3 мм. При воздействии огня такие покрытия расширяются, образуя пористый углеродный слой, толщина которого в десятки раз превышает толщину исходного покрытия. Для стальных конструкций, огнестойкость которых по нормам составляет более 1,5 часов, следует использовать толстослойные огнезащитные покрытия толщиной 7—50 мм, которые при воздействии огня не расширяются и обладают хорошими теплоизоляционными свойствами. Для высотных стальных конструкций с высокими требованиями к огнестойкости можно использовать огнезащитные слои из неорганического волокна. Неорганическое волокно характеризуется низкой плотностью, высокой теплоемкостью, низкой теплопроводностью, а также хорошей адгезией. При высоких температурах в условиях пожара толщина слоя не изменяется, слой не плавится и не отслаивается, что позволяет защищаемым конструкциям выдерживать воздействие огня более 5 часов. В большинстве стальных конструкций Китая в качестве огнезащиты используется нанесение огнезащитного покрытия.

　　

　　В настоящее время во всем мире призывают к энергосбережению и сокращению выбросов, стальные конструкции, являющиеся экологически чистой формой строительных конструкций, уже довольно распространены в развитых странах, а в нашей стране имеют огромный потенциал для развития, особенно в жилищном строительстве, где они должны быть широко распространены. В настоящее время объем производства стали в Китае занимает первое место в мире, что создает благоприятные условия для продвижения стальных конструкций. Не следует позволять огнестойкости препятствовать развитию стальных конструкций; мы должны активно принимать эффективные меры для повышения огнестойкости стальных конструкций и ускорения их развития.