火灾是发生最频繁且极具毁灭性的灾害之一，其直接损失约为地震的5倍。中国年均发生火灾约25万起，其中建筑火灾约占全部火灾的80%。

火灾下钢材、混凝土等结构材料的力学性能随着温度的升高会有显著的下降。温度在500℃时，钢材、混凝土的强度分别下降约50%和40%，因此火灾极易造成结构损伤、破坏甚至倒塌。2005年，西班牙马德里 的温莎大厦（32层，钢结构）在重装修施工过程中发生火灾而坍塌。2006年3月22日，尼日利亚拉格斯的工业发展银行办公楼（22层，混凝土结构）发生火灾，导致12层以上部分倒塌。2006年5月5日，比利时布鲁塞尔国际机场钢结构航站楼发生火灾，钢结构飞机维修库烧塌。2009年中国北京的中央电视台新大楼火灾（图1、图2）给结构造成了严重损伤。

除了建筑结构在火灾下被破坏外，也有桥梁在火灾中遭到破坏，如2007年4月29日，美国加州奥克兰I-80/880高速公路 麦克阿瑟迷宫立交桥垮塌，2017年3月30日，亚特兰大I-85州际公路的一场大火导致主线桥梁坍塌。

为了减小火灾灾害，保证人员疏散、消防灭火，结构必须具备一定的抗火能力，即在规定的时间内，结构不出现破坏。

各类建筑由于使用性质、重要程度、规模大小、层数多少、火灾危险性或火灾扑救难易程度存在差异，所要求的耐火能力可有所不同。根据建筑物不同的耐火能力要求，可将建筑物分成若干耐火等级。中国标准《建筑设计防火规范》（GB 50016）规定，结构构件的燃烧性能和耐火极限不应低于表中的规定。

表中结构构件的耐火极限定义为：构件在标准升温火灾下失去稳定性、完整性或绝热性所用的时间，一般以小时计。失去稳定性指结构构件在火灾中丧失承载能力，或达到不适宜继续承载的变形。失去完整性指分隔构件（如楼板）一面受火时，构件出现穿透裂缝或穿火孔隙，使火焰能穿过构件，可造成背火面可燃物起火燃烧。失去绝热性指分隔构件一面受火时，背火面温升超过规定值，可造成背火面可燃物起火燃烧。

结构构件可分为两类，一类为兼作分隔构件的结构构件（如承重墙、楼板），这类构件的耐火极限应由构件失去稳定性、失去完整性、失去绝热性3个条件之一的最小时间确定；另一类为非分隔结构构件（如梁、柱、屋架等），这类构件的耐火极限由失去稳定性单一条件确定。构件的耐火极限要求与其重要性有关，柱比梁重要，梁比楼板重要，因此柱耐火极限要求最高，楼板最低。

结构抗火设计最主要目的是避免结构在火灾下发生破坏或倒塌，因此结构在火灾下的承载力功能远比正常使用功能重要。鉴于建筑发生火灾是一个偶然事件，若为了满足火灾下正常使用要求而极大地提高结构的抗火成本，从经济性角度而言是不值得的，故结构抗火设计通常只考虑承载力极限状态。

火灾下，随着结构内部温度的升高，结构的承载能力将下降，当结构的承载能力下降到与外荷载（包括温度内力）产生的组合效应相等时，则结构达到抗火承载力极限状态。

结构抗火设计可归结为设计结构防火保护措施，使其在承受确定外载条件下，满足结构耐火极限。结构抗火设计的要求可统一表示为：

结构抗火能力≥结构抗火需求

按实现上述要求所采用的方法不同，结构抗火设计可分为如下几种。

基于试验的结构抗火设计是传统的结构抗火设计方法，结构抗火能力由标准构件或实际构件的标准耐火试验确定，而结构抗火需求则根据建筑重要性、火灾危险性、构件重要性等，以构件耐火极限的形式在规范中给出。

基于构件试验的结构抗火设计，以试验结果为设计依据，简单、直观、应用方便；但不能考虑荷载分布与大小、构件的端部约束状态、温度内力等因素的影响，并且试验周期长、试验费用昂贵，试件尺寸受试验炉限制，有些试验还难以实现，已逐渐被基于计算的结构抗火设计方法所取代。

基于计算的结构抗火设计对结构抗火需求的确定，与基于试验的结构抗火设计相同，对结构抗火能力的确定则基于结构抗火计算。结构抗火计算主要分为3个方面：①基于火灾科学，确定火灾升温曲线。②基于工程热物理学，由热传导理论计算构件在火灾下的升温。③基于结构工程基本理论，考虑火灾温度效应以及对材料力学性能的影响，进行结构内力分析与抗火承载力验算，确定防火保护措施。

性能化结构抗火设计对结构抗火需求进行改进，根据具体结构对象，直接以人员安全和火灾经济损失最小为目标确定结构抗火需求，并考虑实际火灾升温及结构整体性能对结构抗火能力的影响。由于以结构抗火需求为目标，最大限度地模拟结构的实际抗火能力，因此是一种先进的抗火设计方法。

20世纪80年代以前，采用基于试验的结构抗火设计，80年代起开始逐渐采用基于计算的结构抗火设计。由于性能化结构抗火设计对设计人员要求较高，因此主要在重大工程中应用。

结构防火保护可采用下列措施之一或其中几种的复合。

喷涂（抹涂、刷涂）防火涂料。在构件表面涂覆防火涂料，形成隔热防火保护层，这种方法施工简便、重量轻，且不受构件几何形状限制，具有较好的经济性和适应性。长期以来，喷涂防火涂料一直是应用最多的钢结构防火保护手段。早在20世纪50年代欧美、日本等国家就广泛采用防火涂料保护钢结构。

包覆防火板。采用防火板将构件包覆封闭起来，可起到很好的防火保护效果，且防火板外观良好、可兼做装饰，施工为干作业，综合造价有一定的优势。比较成熟的防火板主要有硅酸钙防火板、膨胀蛭石防火板两种。这两种防火板的成分基本上和非膨胀型防火涂料相近。

包覆柔性毡状隔热材料。柔性毡状隔热材料主要有硅酸铝纤维毡、岩棉毡、玻璃棉毡等各种矿物棉毡。使用时，可采用钢丝网将防火毡直接固定于钢材表面。这种方法隔热性好、施工简便、造价低，适用于室内不易受机械伤害和免受水湿的部位。

外包混凝土、砂浆或砌筑砖砌体。美国的纽约宾馆、英国的伦敦保险公司办公楼、中国上海浦东世界金融大厦的钢柱等均采用这种方法，中国石化工业钢结构厂房以前也曾采用砌砖方法加以保护。这种方法优点是强度高、耐冲击、耐久性好，缺点是要占用的空间较大。另外，施工也较麻烦，特别在钢梁、斜撑上，施工十分困难。

单面屏蔽。其作用主要是避免杆件附近火焰的直接辐射的影响。其做法是在构件的迎火面设置阻火屏障，将构件与火焰隔开。如钢梁下面吊装防火平顶，钢外柱内侧设置有一定宽度的防火板等。这种在特殊部位设置防火屏障措施有时不失为一种较经济的防火保护方法。

复合防火保护。常见的有在钢构件表面涂敷非膨胀防火涂料或采用柔性防火毡包覆，再用纤维增强无机板材、石膏板等作饰面板。这种方法具有良好的隔热性和完整性、装饰性，适用于耐火性能要求高，并有较高装饰要求的钢柱、钢梁。