《建築鋼結構防火技術規範》從實施到現在已經有3年多了，各大軟體企業也基本都跟進增加了相關的設計的功能。但是對設計師來說，很多概念都並不清晰，尤其是構件升溫和塗料的關係上。這裡就這個知識點，做一下展開講解，希望能對設計師朋友們有所幫助。

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構件升溫的計算和塗料的關係

火災的過程，可以理解為熱量釋放和轉移的過程。其中熱量釋放來源是可燃物的燃燒；而熱量轉移的過程，則是燃燒產生的熱能往空氣轉移，以及空氣的熱能往鋼構件中轉移。舉一個形象一點的例子，大家上學的時候應該都做過這樣的應用題：有一個水龍頭，下面接了個桶，而這個桶又和其他桶有管子相連，水龍頭開始放水，問多久以後能分別把這幾個桶裝滿。

我們可以把燃燒的物體理解為水龍頭，也是熱量釋放的源頭，那麼第一級的桶就是空氣，第二級的桶就是鋼構件了。水位的高低就代表了溫度的高度。水龍頭的粗細決定了出水量的大小，也決定了第一個桶的水位上升速度。出水量或者說出水通量就是我們升溫曲線，越粗的管，單位時間內出的水量就越多，一級桶的水位上升就越快，反映在曲線上就是切線斜率。第一級和第二級桶連線的管的粗細，則會影響第二級桶的水位上升速度。描述這個連線管粗細的變數，就是鋼構件升溫公式中的。

這裡咱們可以再琢磨一下，我這裡只說了這個粗細會影響桶的水位上升速度，但這並不是唯一影響條件，還有一個很重要的條件，那就是桶的尺寸。說到尺寸問題，就不用多做解釋，底面積小的桶必然水位上升速度快；而底面積大的桶必然上升速度慢。桶的尺寸，關聯到規範裡鋼構件升溫公式的話，就是形狀係數，即。

那你可能有疑問了，是不是第一個桶也會有尺寸問題呢？不會的，因為第一個桶是空氣，無形無尺寸，所以在任何時候的等效模型都是一樣的，不受尺寸因素制約。

說到這裡，其實有個情況沒有交代清楚。一般咱們設計中採用的大都是輕質的防火保護材料，所以咱們可以等效為直接聯通管的形式，因為熱量在透過時可以認為是沒有損耗的。但是如果採用了非輕質的防火保護材料的話，那麼就要考慮熱量透過時的損耗的了，而損耗的那部分，實際被防火保護材料所吸收了，併產生了其自身的升溫。其實說到這裡，就比較容易理解了，還用咱們之前的水桶模型的話，那麼就相當於從聯通管中又外接出來了一個小桶。

那麼，再來一個刁鑽一點的問題。如何在這個水桶模型中體現出耐火鋼 ？考慮到耐火鋼的特性，在初期的升溫速度會慢於普通鋼，但是後期的升溫效能又和普通鋼差不多。那麼我們可以模擬出這麼一個水桶來。

搞清楚整個鋼構件升溫的原理後，塗料的作用就很清楚了，他對升溫的影響就等價於聯通管的粗細。在影響管粗細的的關鍵係數中，規範中對於不同塗料的取值，都有明確的規定：

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塗料的關鍵引數的計算方法

對設計師而言，搞清楚設計的原理是一碼事，這個會有助於更好的理解設計結果，幫助判斷結果的正確性和合理性。但這項技能並不能解決設計效率的問題，也不會讓設計師的日子過得更好，反而會過的更不安心。

所以另一項重要的技能就是簡化設計流程，高效完成設計任務。還好鋼結構防火設計規範上已經給設計師準備好了輕鬆計算厚度的方法。在規範的7。2。8條中，對於膨脹型和非膨脹型都有簡單的熱阻及厚度的反算方法。

如果對規範閱讀仔細的話，會發現這兩個公式和前面5。3章的公式是一模一樣的，無非就是變數換個地方而已。

對公式進行變形以後，可以得到如下的一個關係式。這很顯然是一個簡化的升溫曲線，是在一定區間段內的直線擬合。

查詢相關材料，並參考規範可知，公式的適用範圍是在t600℃的時候。對照臨界溫度的表格，可以知道一般滿足要求的構件的臨界溫度很少有超過600℃的情況，所以這個簡化公式適用於絕大部分的情況。由於計算程式採用的是迭代法獲得的等效熱阻和厚度，所以我們拿程式迭代結果和該公式擬合結果進行過對比。結果證明，在600℃以下時，差異極小，即使超過600℃，達到臨界溫度表格中的最大值，差異依然可控在5%以內。所以作為日常的複核的話，規範給出的公式完全可以滿足要求。

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塗料厚度的反算

前面提到的按規範公式反算，但是仔細觀察的話，會發現兩個問題：1、非膨脹型的等效熱傳導係數是一個需要自行確定的係數，規範並未給出取值的方法；2、膨脹型的塗料計算得到的並不是厚度，而是等效熱阻。

第一個問題其實規範裡面也給出瞭解決辦法，在附錄A中，給出了厚度的換算方法。這就意味著，可以在設計時假定一個熱傳導係數，提交設計方案以後，廠家可以根據產品的熱傳導係數換算出實際用於施工的塗料厚度。所以只需要在設計交底時，給明設計時採用的熱傳導係數以及以此計算得到的塗料厚度即可。

第二個問題還是廠家的問題，在規範的5。3。3章中提到，對於膨脹型的防火塗料，“應給出最大使用厚度、最小使用厚度的等效熱阻以及防火塗料使用厚度按最大使用厚度與最小使用厚度之差的1/4遞增的等效熱阻”。不像非膨脹型塗料的厚度和熱傳遞係數是線性關係，斜率就是等效熱傳導係數，膨脹型的厚度和等效熱阻是非線性相關的，所以只能透過線性插值的方法來獲得厚度值。

規範中要求的五個點，實際就是用來擬合這個厚度-熱阻相關曲線的。明白了這個點，也就知道了為什麼只能輸出等效熱阻了：因為目前還沒有廠家能提供相關塗料的引數。不過，在設計師們的努力推動下，也有越來越多的廠家開始重視這個問題，也進行了一些實驗。在最新的2021版V1程式中，我們就收錄了某知名塗料廠家的膨脹型材料SteelMaster 60WB。這也是一個好的開始，說明廠家也開始重視技術因素對產品的影響。

總結一下，塗料厚度部分的鍋完全是廠家應該背起來的，也是設計師可以名正言順甩掉的。這裡也衷心希望各大廠家能夠穩穩的接好這個鍋，推動國內的設計市場往更健康的方向發展。

供稿

| 朱恆

編輯

| 湯天

責編

| 張躍飛

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