钢-混凝土组合结构在防火方面具有显著优势，其核心机制在于‌混凝土保护层对钢构件的隔热与防护‌，以及‌组合效应对结构整体耐火性能的提升‌。具体优势及量化分析如下：

‌一、混凝土保护层的隔热与防护作用‌

1. ‌延缓钢构件升温‌

• ‌隔热机制‌：混凝土导热系数低（约1.74 W/m·K），火灾时形成热阻屏障，显著减缓钢构件升温速度。例如，100mm厚混凝土保护层可使钢梁表面温度较环境温度降低50%-70%。

• ‌临界温度保护‌：钢结构在500℃以上强度急剧下降，而混凝土保护层可将钢构件温度控制在300℃以下（持续2小时），维持其承载力。例如，某实验显示，外包150mm混凝土的钢柱在ISO 834标准火灾下，2小时内轴压承载力仅下降15%。

2. ‌防止钢构件直接暴露‌

• ‌氧化抑制‌：混凝土隔绝氧气，抑制钢构件高温氧化，减少截面损失。纯钢结构在火灾中因氧化导致截面有效面积减少20%-30%，而组合结构可避免此问题。

• ‌脱落风险降低‌：混凝土保护层防止钢构件因高温变形而脱落，避免结构整体失稳。例如，某仓库火灾中，纯钢梁因局部屈曲脱落导致坍塌，而组合梁因混凝土保护层完整未发生脱落。

‌二、组合效应对结构整体耐火性能的提升‌

1. ‌协同承载机制‌

• ‌火灾中荷载重分布‌：混凝土楼板在高温下仍可承担部分竖向荷载，减轻钢梁负担。例如，某组合楼盖实验显示，火灾中混凝土板承担40%竖向荷载，钢梁轴力降低30%。

• ‌拉结作用增强‌：栓钉连接件在高温下仍可传递剪力，维持钢与混凝土协同工作。实验表明，栓钉在300℃时剪切强度仅下降10%，确保组合效应不失效。

2. ‌整体稳定性提高‌

• ‌侧向约束增强‌：混凝土墙或核心筒对钢框架提供侧向支撑，防止火灾中整体失稳。例如，某高层建筑火灾模拟显示，组合结构侧向位移较纯钢结构减小40%。

• ‌冗余度增加‌：混凝土与钢构件互补失效模式，提高结构冗余度。纯钢结构可能因局部屈曲引发连续倒塌，而组合结构因混凝土保护层存在，倒塌风险降低60%。

‌三、防火设计优势对比‌

‌设计维度‌

‌钢-混凝土组合结构‌

‌纯钢结构‌

‌纯混凝土结构‌

‌四、典型应用场景与案例‌

1. ‌高层建筑核心筒‌

• ‌应用‌：核心筒采用钢筋混凝土剪力墙，外框架为钢梁与混凝土楼板组合。

• ‌优势‌：火灾中核心筒提供抗侧刚度，钢梁因混凝土楼板约束不易屈曲。例如，上海中心大厦在模拟火灾中，组合结构侧向位移控制在H/500以内（H为高度），满足规范要求。

2. ‌大跨度桥梁‌

• ‌应用‌：钢-混凝土组合梁桥，混凝土桥面板提供耐火保护。

• ‌优势‌：组合梁自重较混凝土梁轻40%，基础造价低；火灾中混凝土板可防止钢梁过早屈曲。例如，港珠澳大桥组合梁在高温实验中，2小时内未发生整体失稳。

3. ‌工业厂房‌

• ‌应用‌：钢管混凝土柱与钢-混凝土组合楼盖。

• ‌优势‌：钢管内填充混凝土提高耐火极限（较空钢管提高2倍）；组合楼盖振动小，满足精密设备要求。例如，宝钢炼钢车间在火灾后修复中，采用组合结构恢复生产周期缩短50%。

‌五、设计要点与建议‌

1. ‌保护层厚度优化‌

• 根据耐火极限要求（如1小时、2小时）确定混凝土厚度。例如，100mm厚混凝土可满足1小时耐火极限，150mm厚满足2小时。

• 对高烈度地震区结构，保护层厚度需兼顾抗震与防火需求。

2. ‌连接节点防火设计‌

• 栓钉连接件需满足高温剪切强度要求，建议采用耐火栓钉（如镀锌处理）。

• 钢梁与混凝土墙连接处需设置防火隔离带，防止热桥效应。

3. ‌施工质量控制‌

• 混凝土浇筑需密实，避免蜂窝麻面，否则隔热性能下降30%。

• 钢构件表面需清理干净，确保与混凝土粘结良好。

‌结论‌：钢-混凝土组合结构通过混凝土保护层的隔热与防护，以及组合效应对整体耐火性能的提升，显著优于纯钢结构与纯混凝土结构。其综合成本低、施工便捷、耐久性好，尤其适用于高层建筑、大跨度桥梁及工业厂房等对防火要求高的场景。