Хотя в древности Китай добился выдающихся успехов в области железных конструкций, из-за более чем 2000-летнего феодального строя и слабого развития науки, развитие долгое время оставалось на уровне железобетонных зданий. Лишь в конце XIX века в Китае начали использовать современные стальные конструкции. После образования КНР применение стальных конструкций значительно расширилось, как по количеству, так и по качеству, намного превзойдя прошлые показатели. Технологии проектирования, производства и монтажа достигли высокого уровня, освоены технологии проектирования и строительства различных сложных зданий. По всей стране было построено множество крупных и сложных стальных конструкций, таких как цеха, гражданские здания с большими пролетами, железнодорожные мосты и другие. Стальной каркас Большого зала народных собраний Китая, стальные сетчатые конструкции спортивных залов в Пекине и Шанхае, стальной арочный каркас музея терракотовой армии императора Цинь в провинции Шэньси и другие.

　　1. Преимущества стальных конструкций

　　1.1 Стальные конструкции имеют небольшой вес. Несмотря на высокую плотность стали, благодаря ее отличным механическим свойствам, она способна выдерживать большие нагрузки, поэтому сечение стальных элементов небольшое. При одинаковом пролете и одинаковой нагрузке вес стального каркаса составляет всего 1/4 или 1/3 веса железобетонного каркаса. Небольшой вес стальных конструкций облегчает их транспортировку.

　　1.2 Однородность материала хорошо согласуется с предпосылками механического расчета. Внутренняя структура стали достаточно однородна, приближается к изотропному телу и практически полностью упруга в определенном диапазоне напряжений. Поэтому фактическое напряженное состояние стальной конструкции хорошо согласуется с результатами расчета строительной механики.

　　1.3 Высокая степень механизации производства и монтажа стальных конструкций. Стальные конструкции обладают определенной технологической интенсивностью. Используемые материалы однородны и являются готовыми изделиями, просты в обработке, отличаются высокой степенью механизации, быстротой строительства и легкостью обеспечения качества, подходят для серийного производства в больших объемах. От заводской обработки элементов до монтажа на месте степень индустриализации значительно выше, чем у трудоемких монолитных железобетонных конструкций.

　　1.4 Простота монтажа стальных конструкций. Элементы стальных конструкций (балки, фермы, колонны и т.д.) изготавливаются на специализированных металлоконструктивных заводах и соединяются на строительной площадке электросваркой или болтами (или высокопрочными болтами). Простота и быстрота монтажа повышают скорость строительства и являются основным фактором снижения стоимости строительства. Проблема стоимости конструкции стала второстепенной. Кроме того, болтовые соединения стальных конструкций облегчают реконструкцию и демонтаж.

　　1.5 Еще одной важной особенностью стальных конструкций является их гибкость в планировке. В современную информационную эпоху требования к планировке, пространству и внутреннему оснащению помещений стали более строгими. Прежние планировки и оборудование могут вскоре стать непригодными или вовсе устареть, а стальные конструкции предлагают большие возможности для перепланировки, тем самым продлевая срок службы здания.

　　Несмотря на множество преимуществ, стальные конструкции имеют один существенный недостаток: низкую огнестойкость. Сталь, хотя и является негорючим материалом, при воздействии высоких температур во время пожара теряет свои механические свойства, такие как предел текучести и модуль упругости. При температуре около 550℃ снижение показателей становится более заметным, и обычно в течение 15 минут конструкция теряет несущую способность и разрушается. Примеры пожаров в стальных зданиях как в Китае, так и за рубежом, показывают, что в течение 20 минут после начала пожара здание разрушается, превращаясь в руины. Пожары в спортивном зале в Тяньцзине в мае 1973 года, в Шанхайском культурном центре в декабре 1969 года, в цехе фибровых плит завода железнодорожных вагонов в Пекине в августе 1972 года выявили смертельно опасный недостаток стальных конструкций — их низкую огнестойкость.

　　2. Методы огнезащиты стальных конструкций

　　Поскольку стальные конструкции имеют низкую огнестойкость и быстро разрушаются при воздействии высоких температур во время пожара, предел огнестойкости составляет всего 15 минут. Применение мер по защите стальных конструкций, позволяющих не допустить повышения температуры выше критической, обеспечит их стабильность в случае пожара. Эти защитные меры можно условно разделить на два типа: прерывание теплового потока и отвод тепла.

　　2.1. Прерывание теплового потока

　　Принцип прерывания теплового потока заключается в предотвращении или замедлении передачи теплового потока от пожара к элементу конструкции, что предотвращает повышение температуры элемента конструкции выше критической в течение заданного времени. Это достигается путем создания защитного слоя из материала на поверхности элемента. Высокие температуры от пожара сначала передаются этому защитному материалу, а затем от него - к элементу конструкции. Благодаря низкой теплопроводности и высокой теплоемкости выбранного материала, эффективно замедляется передача теплового потока к элементу, обеспечивая защиту. Методы прерывания теплового потока включают нанесение покрытий, изоляцию, экранирование и водораспыление.

　　2.1.1. Нанесение покрытий

　　Нанесение покрытий осуществляется с помощью распылительной техники, нанося огнезащитное покрытие непосредственно на поверхность элемента, образуя защитный слой. Огнезащитные покрытия для стальных конструкций в зависимости от используемого связующего вещества подразделяются на органические и неорганические, а в зависимости от толщины покрытия - на тонкослойные и толстослойные. Толщина тонкослойных покрытий обычно составляет 2-7 мм, они обладают определенным декоративным эффектом, при высокой температуре покрытие набухает, приобретая огнезащитные и теплоизоляционные свойства, предел огнестойкости составляет 0,5-1,5 часа. Такое покрытие также называется набухающим огнезащитным покрытием для стальных конструкций. Толщина толстослойных покрытий для стальных конструкций обычно составляет 8-20 мм, поверхность зернистая, плотность низкая, теплопроводность низкая, предел огнестойкости составляет 0,5-3,0 часа. Такое покрытие также называется огнезащитным и теплоизоляционным покрытием для стальных конструкций.

　　Огнезащитное покрытие для стальных конструкций работает по трем принципам: во-первых, покрытие экранирует стальной каркас, предотвращая его непосредственное воздействие пламенем; во-вторых, при поглощении тепла часть веществ покрытия выделяет водяной пар или другие негорючие газы, которые поглощают тепло, снижают температуру и скорость горения, разбавляют кислород; в-третьих, само покрытие является пористым и легким, а при нагревании образует углеродистую пену, которая предотвращает быструю передачу тепла к стальному каркасу, замедляет снижение прочности стального каркаса, тем самым повышая предел огнестойкости.

　　Основными видами тонкослойных огнезащитных покрытий для стальных конструкций являются: LB, SG-1, SB-2, SS-1 набухающие огнезащитные покрытия. Основными видами толстослойных огнезащитных покрытий для стальных конструкций являются: LG огнезащитное и теплоизоляционное покрытие, STI-A, JG276, ST-86, SB-1, SG-2 огнезащитные покрытия для стальных конструкций.

　　При нанесении огнезащитных покрытий для стальных конструкций толщина покрытия должна соответствовать проектным значениям, в узловых участках толщину следует увеличить. В следующих случаях внутри слоя покрытия следует устанавливать стальную сетку, соединенную со стальной конструкцией, для обеспечения надежности покрытия.

　　— балки, подверженные вибрационным нагрузкам

　　— проектная толщина слоя более 40 мм

　　— прочность прилипания менее 0,05 МПа

　　балки с высотой стенки более 1,5 м

　　Напыление - наиболее распространенный метод, применимый для противопожарной защиты любых стальных конструкций.

　　2.1.2. Метод инкапсуляции

　　Метод инкапсуляции заключается в создании противопожарного слоя на поверхности стальной конструкции, заключающего элемент в оболочку. Способы реализации следующие:

　　2.1.2.1. Использование монолитного бетона в качестве противопожарного слоя. Используемые материалы: бетон, легкий бетон и ячеистый бетон. Эти материалы обладают негорючестью и высокой теплоемкостью, что замедляет нагревание элементов при использовании их в качестве противопожарного слоя. Поскольку поверхностный слой бетона легко отслаивается при высоких температурах пожара, для повышения противопожарных характеристик на поверхность стали можно нанести стальную сетку.

　　2.1.2.2. Использование раствора или известково-цементного раствора в качестве противопожарного слоя. Используемые материалы: раствор, легкий раствор, перлитовый раствор или известково-цементный раствор, вермикулитовый раствор или известковый раствор. Все вышеперечисленные материалы обладают хорошими противопожарными свойствами. Способ нанесения обычно заключается в нанесении указанных материалов на металлическую сетку.

　　2.1.2.3. Использование минерального волокна. Материалы: асбест, базальтовое волокно и шлаковата. Конкретный способ нанесения заключается в смешивании минерального волокна с цементом и последующем нанесении с помощью специального распылителя вместе с водяным распылением, образуя губчатое покрытие, которое затем выравнивается или оставляется в рельефном виде. Указанный способ может применяться непосредственно на стальных конструкциях или на металлической сетке, причем последний вариант более эффективен.

　　2.1.2.4. Использование легких сборных плит в качестве противопожарного слоя. Используемые материалы: плиты из легкого бетона, пенобетонные плиты, формованные плиты из силикатного кальция и асбестоцементные плиты. Способ заключается в обшивке элементов указанными сборными плитами. Соединение плит может осуществляться с помощью гвоздей или клея. Этот метод прост в исполнении, имеет короткий срок выполнения работ и способствует индустриализации. Кроме того, функции несущей способности (стальная конструкция) и противопожарной защиты (сборные плиты) четко разделены, что упрощает ремонт после пожара и не влияет на функциональность основной конструкции, что обеспечивает хорошую восстановимость.

　　2.1.3. Метод экранирования

　　Метод экранирования заключается в заключении стальной конструкции в ограждающую конструкцию из огнестойких материалов, например, противопожарные подвесные потолки под стальными балками и фермами. При пожаре это значительно замедляет нагревание стальных балок и ферм, значительно повышая их огнестойкость, а также улучшая эстетический вид помещения. Однако необходимо обеспечить герметичность стыков и отверстий подвесного потолка во избежание распространения огня.

　　2.1.4. Метод водяного орошения

　　Метод водяного орошения заключается в установке на верху конструкции сети труб для подачи воды, которая при пожаре автоматически (или вручную) запускает распыление воды, создавая на поверхности элементов непрерывный водяной слой, обеспечивающий защиту.

　　Из вышесказанного следует, что общим признаком этих методов является стремление уменьшить тепловой поток, достигающий элемента, поэтому они называются методами прерывания теплового потока.

　　2.2. Метод отвода тепла

　　В отличие от метода прерывания теплового потока, метод отвода тепла допускает передачу тепла к элементу, после чего тепло отводится или рассеивается, что также предотвращает повышение температуры элемента до критической, обеспечивая тем самым защиту.

　　В настоящее время метод отвода тепла в основном представлен методом водяного охлаждения. Этот метод заключается в заполнении водой полого замкнутого сечения (в основном колонн). При пожаре элемент передает тепло, поглощенное от очага пожара, воде, и тепло рассеивается за счет испарения воды или отводится путем циркуляции, в результате чего температура элемента поддерживается на уровне около 100°C. Теоретически это наиболее эффективный метод защиты стальных конструкций. В рабочем состоянии элемент представляет собой заполненный водой нагреваемый резервуар, работающий как чайник. При условии постоянного пополнения запаса воды и поддержания достаточного уровня, учитывая высокую удельную теплоемкость и теплоту парообразования воды, поглощенное элементом тепло будет постоянно рассеиваться или отводиться.

　　Вода для охлаждения может поступать из верхнего резервуара, водопроводной сети или пожарной машины. Пар выводится через выпускное отверстие. При большой высоте колонны систему можно разделить на несколько циклов, чтобы предотвратить чрезмерное давление воды у основания колонны. Во избежание коррозии или замерзания воды в воду следует добавлять ингибиторы коррозии и антифриз.

　　Водяное охлаждение может быть как автономным для одной колонны, так и объединенным для нескольких колонн. В первом случае тепло рассеивается только за счет испарения воды, во втором случае тепло рассеивается как за счет испарения, так и за счет разницы температур, образующей циркуляцию, которая отводит тепло в зону с более низкой температурой вне очага пожара.