防火板包覆風管的優化設計與施工

姚建軍

（中鐵建設集團有限公司基礎設施事業部，北京 100040）

0 引言

GB 51251—2017《建筑防煙排煙系統技術標準》［1］于2018年8月1日正式實施，要求建筑防煙、排煙系統設計應結合建筑特性和火災煙氣發展規律等因素，采取有效技術措施，做到安全可靠、技術先進、經濟合理。依據標準3.3.8（加壓送風管道，當設置在吊頂內時，其耐火極限不應低于0.50 h；當未設置在吊頂內時，其耐火極限不應低于1.00 h）、4.4.8（排煙管道及其連接部件應能在280 ℃時連續30 min保證其結構完整性；水平設置的排煙管道應設置在吊頂內，其耐火極限不應低于0.50 h；當確有困難時，可直接設置在室內，但管道的耐火極限不應小于1.00 h；設置在走道部位吊頂內的排煙管道，以及穿越防火分區的排煙管道，其管道的耐火極限不應小于1.00 h，但設備用房和汽車庫的排煙管道耐火極限可不低于0.50 h）、4.5.7（補風管道耐火極限不應低于0.50 h，當補風管道跨越防火分區時，管道的耐火極限不應小于1.50 h）條款規定，防煙、排煙系統采用在原風管外包覆防火板的技術措施，以滿足規范要求。

1 工程實例

北京朝陽站位于北京市東北部四五環之間，具體位置為姚家園北街以南，姚家園路以北，駝房營路以東，蔣臺洼西路以西之間的地塊內。車站規模為7 臺15 線，西側為普速車場，東側為高速車場，高、普速車場通過南北兩側咽喉區連通，普速車場為3臺5線，高速車場為5臺10線，其中第3站臺為普、高速車場共用。站房總建筑面積18.3萬m2；站臺面4.35萬m2；站臺雨棚6.2萬m2。

涉及防火板包覆風管的系統主要是地下停車場及城市通廊的防排煙系統、排煙補風系統、加壓送風系統，工作包括輕鋼龍骨及防火板安裝、系統支吊架安裝。在保證質量和安全性的前提下，對防火板支吊架系統進行優化，實現包覆的防火板吊架與風管共用一套支吊架系統，不再為每節防火板單獨加設支吊架，力求施工方便，提升觀感質量，節約成本。防火板優化前后示意分別見圖1、圖2。

圖1 優化前防火板風管側剖圖

圖2 優化后風管防火板包覆構造示意圖

2 支吊架系統計算原則與驗算實例

2.1 計算原則

（1）荷載計算。支吊架承受的總荷載包括風管自重、防火板自重、法蘭和管卡等附件重量以及保溫層重量。

（2）支吊架承載力和穩定性計算。依據GB 50017—2017《鋼結構設計標準》［2］和GB 50018—2002《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》［3］相關章節進行計算。

（3）支吊架橫梁撓度與其跨度之比不大于l/250。

（4）適用風管規格。根據19K112《金屬、非金屬風管支吊架》［4］可知，適用于圓形風管直徑或矩形風管長邊不大于2 000 mm 的風管，當圓形風管直徑或矩形風管邊長大于2 000 mm 時，其支架形式和材料規格由計算確定。

各種支架材質均為Q235B 鋼材，螺栓采用C 級Q235B，其他構件材質除特殊說明外，均采用Q235B鋼材。

2.2 驗算實例

矩形鍍鋅鋼板風管，水平方向邊長a=2 000 mm，垂直方向邊長b=400 mm，板厚δ0=1.2 mm；保溫層厚δ1=50 mm，容重100 kg/m3；防火板板厚δ2=8 mm，容重1 200 kg/m3，采用吊架安裝，吊架間距L=2 500 mm。支架形式及受力方式見圖3。

圖3 支架形式及受力示意圖

對于矩形風管，橫梁、吊桿受力計算見式（1）—式（13）。

吊架跨度：

鍍鋅鋼板風管荷載：

式中：ρ為鍍鋅鋼板密度，取值7 850 kg/m3。

法蘭荷載（風管連接為L40×4 角鋼法蘭，間距1 250 mm）：

保溫荷載：

式中：ρ為巖棉密度，取值100 kg/m3。

包覆防火板荷載：

式中：ρ為防火板密度，取值1 200 kg/m3。

總荷載：

彎矩（按均布荷載考慮）：

橫梁選用［5槽鋼，其截面模數Wx=10.40 m3，槽鋼單位長度質量P5=5.44 kg/m，橫梁自質量的彎矩為：

總彎矩：

橫梁強度驗算：

式中：f 為鋼材抗彎強度設計值。驗算結果符合規范要求。

橫梁整體穩定性驗算：

式中：ψb為整體穩定系數，通過計算得0.81。驗算結果符合規范要求。

橫梁撓度Ymax驗算：

式中：q為均布線荷載標準值，q=4 584.16/（1.35l）N/m；l 為吊架跨度，取值2 060 mm；I 為槽鋼截面慣矩，取值26 cm4；E 為槽鋼彈性模量，取值2.06×104kN/cm2。驗算結果符合要求。

吊桿驗算，含橫梁的總荷載P總：

吊桿截面積F=P總/f=22.04 mm2。根據JGJ/T 141—2017《通風管道技術規程》［5］第4.2.3條，吊桿最小規格應為φ10 mm。計入因螺紋削弱吊桿截面因素，實際吊桿截面積F實=π（10/2-1.5）2×2=76.96 mm2＞F=22.04 mm2，符合規范要求，故選用2φ10 mm吊桿。

3 防火板安裝

3.1 U形輕鋼龍骨圈安裝

緊貼風管管道外壁布設U 形輕鋼龍骨圈，間距610 mm 一道，遇到風管三通、彎頭、法蘭等適當調整間距，保證每塊防火板兩端均與龍骨圈固定。要求U形輕鋼龍骨下料長度與風管截面尺寸匹配，角點兩側均用自攻釘緊固，安裝緊固后不松動變形［6］。下料后的U形輕鋼龍骨內填塞巖棉條。龍骨圈安裝后及時調整好間距，保證防火板拼縫位于龍骨平面的中央（見圖4）。

圖4 防火包覆拼縫示意圖

3.2 巖棉填裝

巖棉存放干燥地點，不得受潮或淋雨。巖棉與風管部件緊密貼合，無空隙；巖棉采用粘結保溫釘連接固定，結合應牢固，不脫落。保溫風管保溫釘的分布應均勻，底面不少于16 個/m2，側面不應少于10 個/m2，頂面不少于8 個/m2。首行保溫釘至風管或保溫材料邊緣的距離應小于120 mm。

3.3 防火板安裝固定

矩形防火板風管的四面壁板應按照施工圖紙風管截面尺寸、風管彎管、變徑處的板材下料。板材規格為：2 440 mm×1 220 mm，板厚8 mm，一般情況下風管按板材寬度做成每節長度1 220 mm，當風管長邊尺寸≤1 220 mm或風管兩邊之和≤1 220 mm時，風管可按板材長度做成每節長度2 440 mm，以減少管段接口［7］。風管的三通、四通宜采用分隔式或分叉式；彎管、三通、四通、大小頭的圓弧面用折線面代替。風管每節管段（包括三通、彎管等管件）的兩端面應平行，與管中線垂直。

防火風管拼接時縫隙滿涂防火膠，4 個角外包L40×40×0.6 的輕鋼角龍骨，用自攻螺釘間距200 mm 固定牢固。要求自攻釘間距均勻，橫向成排，豎向成線，外包的角龍骨在風管四周接口錯開安裝（見圖5）。

圖5 角龍骨安裝示意圖

4 效益分析

矩形風管長邊不大于2 000 mm 的風管和長邊大于2 000 mm 的大型風管支架形式、材料規格及吊架間距由專業廠家計算確定，避免了風管系統支吊架與防火板安裝支吊架的重疊、沖突，通過優化使其共用一套支吊架系統，在確保安全可靠的前提下，提高觀感質量，實現綠色節材，加快施工進度，降低施工成本，提高施工經濟性，兩者成本對比見表1。經對比，優化后支架形式節約成本約121萬元。

表1 施工成本對比

5 結束語

隨著GB 51251—2017《建筑防煙排煙系統技術標準》實施，鐵路站房、公共建筑等防煙、排煙系統耐火極限設計要求也隨之提升，通過防火板包覆風管以提高耐火極限的方法將成為今后的發展趨勢，并為類似工程提供參考借鑒。