裝配式鋼結構建筑消防問題及解決方案探析

摘要：本文將圍繞裝配式鋼結構建筑防火設計要求開展分析，并以某城市酒店工程作為研究對象，闡述裝配式鋼結構建筑消防問題，包括構件的耐火極限較低、樓板空腔防火保護不到位。為此，筆者認為可借助耐火試驗確定構件耐火極限，保證設計符合安全標準，并提出豎向管井的防火分隔路徑，達到控制火勢蔓延的目的，并保證配式鋼結構建筑的安全性與穩定性。

關鍵詞：耐火試驗；豎井空腔；消防安全；鋼結構建筑

引言

裝配式鋼結構建筑是指將大量現場作業轉移至工廠，預先在工廠完成構件加工制作之后，將其運輸至施工現場，在連接固定后裝配成建筑物。雖然此類建筑可通過鋼板與焊接型材連接，保持極強的荷載承受能力，具有抗震性能好、綠色環保等優勢。但鋼結構建筑保溫隔熱效果不佳，燃燒溫度高，容易在火災時出現局部熔化，加大火勢蔓延程度，無法有效撲滅與控制。

一、裝配式鋼結構建筑防火設計要求

鑒于裝配式鋼結構建筑的材料特點，若想實現工廠化生產，滿足建筑安全標準，需要進一步優化防火設計，充分考慮構件承載形式以及環境因素，采取可靠性強、實用性高的防火保護措施，保證構件易于組裝，不會在運輸、安裝時受到破壞。同時還要注意，裝配式結構的封閉性顯著，無論是安全疏散還是煙氣控制，都存在難度較高的問題，若想降低火災事故的不良影響，應以預防火災形成為首要目標。比如：在設計階段，依照建筑用途與規模，確定防火等級，并布置防火隔墻；選取適合的防火材料，保證材料具備耐高溫、阻燃等特性，例如防火涂料、防火膠帶等；布置防火門窗，用以起到隔熱作用；設置滅火裝置，包括滅火器、消防栓，并定期做好檢查、維護，保證在出現意外時能夠第一時間撲滅火源；強化消防宣傳力度，幫助操作人員樹立良好的安全意識與防火理念，通過定期培訓與演練，使管理者與工作者掌握應對火災的有效手段。

二、裝配式鋼結構建筑消防問題及解決方案的實現路徑

（一）工程概況

本文選取的研究對象為酒店工程項目，建筑高度大約在64m，其中地上19層，地下兩層，地上建筑面積達到20000m2，耐火等級為1級。根據實際調查顯示，酒店建筑地上結構表現為裝配式鋼框架體系，主要組成包括外墻系統、暖通系統、消防系統以及鋼構系統，采用鋼柱、鋼桁架組成。對于樓板單元來說，采用澆筑混凝土飾面，涵蓋上層底板與下層吊頂。在相關構件出廠過程中，項目子系統在完成預裝處理后，會直接打包運送到施工現場，憑借高強度螺栓進行構件連接拼裝。至于酒店項目的鋼柱則以方形鋼管柱為主，其截面規格達到200×200mm，壁厚大約在10～30mm之間。而樓板結構單元的規格則在7.8×3.9m，承重結構為鋼桁架，以弦桿代替翼緣，借助腹桿代替腹板，并在各階段采用節點板焊縫完成腹桿與弦桿的連接，高度在4.5m。在桁架上層鋪有大量鋼筋網片，直至工廠內完成混凝土澆筑、養護后，將其制作成鋼板砼組合樓板。在酒店建筑內部，均使用非承重墻，此類墻體只負責承受次要荷載，具有自重輕、保溫隔聲效果好的優勢，不會占用過多的建筑面積，且操作便捷，能夠與飾面層結合牢固。通過將巖棉填塞在輕鋼龍骨，提高元件的穩固性能。對于上下樓層的鋼柱，則要憑借柱座實現連接，在鋼柱端焊接完畢后，插入樓板柱座。而在鋼柱外則要利用高強度螺栓，通過法蘭連接，完成元件組合。

（二）設計問題與解決思路

在建筑設計過程中發現，鋼材晶體組織對溫度相對敏感，材料強度會因溫度的持續上升而不斷削弱，甚至出現鋼材耐火極限不超過30min的問題。即便工作人員通過噴涂防火涂料，來提高材料的防火質量，但在實際應用過程中，建筑耐火極限卻始終得不到改善。究其原因在于：施工方存在偷工減料行為，沒有充分遵循既定程序完成噴涂作業，也可能是施工人員本身的專業能力不足，造成涂層厚度不達標，甚至出現大面積涂層脫落；建筑使用方安全意識不足，對于建筑防火性能的了解不夠全面，在選擇涂料時，為減少經濟成本支出，選擇劣質防火涂料，從而埋下嚴重的消防隱患；監督方對于工程項目的監管力度不足，未第一時間找出防火作業時存在的問題，監督機制不夠科學、檢驗技術未有效執行，過于依靠人員的主觀判斷。在建筑樓板結構方面，由于采用鋼框架的結構體系，會在樓板中形成較大空腔，一旦產生火災事故，火災產生的煙氣與火焰進入密閉空間后，很容易蔓延到其他地區。建筑內的管道井與排煙道都采用豎向結構，若煙氣流入其中，同樣會引發豎井與空腔間的相互蔓延，最終加大火勢，引發嚴重后果。

為切實解決上述問題，需要建筑產權單位、物業管理單位準確識別建筑消防隱患，加大建筑風險排查力度，做好消防設施的維護與更新，保證報警系統正常運行，充分考慮裝配式結構建筑的特殊性。通過建立完善的消防審核制度，培養工作人員嚴謹的作業精神，規范防火涂料的使用。同時，還要注重人員培訓以及消防宣講，并利用耐火試驗確定構件的耐火極限，以此保證構件設計符合規范要求[1]。

（三）耐火試驗

1.鋼柱

根據設計圖紙發現，鋼柱構件負責承擔酒店建筑的豎向荷載，至于斜支撐則主要用于提供抗側向位移，能夠起到維持鋼柱受力穩定的作用。在開展鋼柱耐火試驗的過程中需要注意，受器械設施限制，在試驗中采用的時間均來自典型鋼管柱，且并未設置斜支撐。至于在試驗條件的設置上，則要充分參考《建筑構件耐火試驗方法》的相關要求，確保建筑中柱耐火極限在3h以上。基于此，筆者共設計了3個試件耐火試驗，具體的防火保護構造以及試驗結果表現為：1號鋼柱截面規格，含柱座高度大約在3.7m，防火保護措施為50mm厚巖棉，12mm厚纖維硅酸鈣板，荷載達到1200kn，耐火時間為3h；2號鋼柱截面規格，含柱座高度大約在3.7m，防火保護措施為基本與1號鋼柱相同，區別在于纖維硅酸鈣板為雙層，荷載達到2300kn，耐火時間為70min；3號鋼柱截面規格，含柱座高度大約在3.7m，防火保護措施為25mm厚硅酸鋁棉，50mm厚巖棉，12mm厚纖維硅酸鈣板，荷載達到3200kn，耐火時間為3h[2]。

2.鋼桁架樓板

酒店項目的樓板單元主要表現為樓板與梁所組合而成的鋼桁架，該構件的耐火極限應超過對梁的耐火等級要求，即數值超過2h。在測試條件方面，則要切實滿足國家安全標準對承重構件的相關要求。再充分考慮試驗裝置的限制條件后，最終決定專門定制用于耐火試驗的試驗爐，選用測試的樓板規格為5×4×05m，試驗共計2次，具體試驗結果為：1號樓板吊頂無開口，截面尺寸為5×4×05m，采用的防火保護措施，在輕鋼龍骨充填厚棉，并增添纖維硅酸鈣板，荷載強度大約在2kn/m2，耐火極限在2h左右；2號樓板吊頂上設有排風口、噴頭開口以及線頭開口，截面尺寸同樣為5×4×05m，采用的防火保護措施與一號樓板基本一致，區別在于巖棉溫度較高，荷載強度大約在2.5kn/m2，耐火極限在1.5h左右[3]。

根據上述數據可知，1號樓板防火保護措施能夠切實符合耐火極限要求，并保留部分安全冗余。同時，為確保防火保護效果滿足預期標準，還應做好樓板吊頂開口與縫隙的防火封堵，避免火勢經過開口與縫隙發生蔓延。在排風管道上，則應選用耐高溫材料[4]。

3.非承重墻

非承重墻的耐火試驗同樣為3組，具體的防火保護構造形式以及試驗結果表現為：1號非承重墻體尺寸為37×33×0084m，防火保護措施為纖維硅酸鈣板，巖棉，耐火極限大約在1h；2號非承重墻體尺寸為37×33×0084m，防火保護措施為紙面石膏板，巖棉，耐火極限大約在57min；3號非承重墻體，墻體尺寸為37×33×0084m，防火保護措施為纖維硅酸鈣板，水泥與巖棉，耐火極限大約在2h[5]。

結合上述數據分析可知，1號非承重墻體的耐火極限較高，因此可運用在耐火極限在1h的隔墻設置領域，比如過道兩側墻體。至于2號非承重墻體，其耐火極限趨近于1h，更適合運用在耐火極限在0.8h以上的隔墻。而3號非承重墻體，其耐火極限最高，超過2h，因此可運用在耐火極限在2h以上的領域，比如圍護墻以及井壁[6]。

4.結果分析

結合上述建筑構件耐火試驗結果，可以為后續的防火構件選取與采購提供科學依據，保證投入使用的構件耐火時間符合相關安全標準[7]。

為此，筆者認為對于耐火極限在3h以上的鋼柱，應主要采取硅酸鋁棉、高溫巖棉以及硅酸鈣板。其中硅酸鋁棉是指經噴、吹或甩絲法生成的纖維，經過集棉器集結成散裝纖維，此類纖維的特征在于導熱率低、熱容量低，且熱穩定性卓越，吸音效果良好，無腐蝕性物質。而高溫巖棉則是一種采用優質玄武巖，經高溫熔融，離心噴吹等工藝制成的無機保溫材料，具有防火性能突出、環保效果顯著、施工便捷的優勢。而硅酸鈣板是指一種新型綠色環保建材，是以無機礦物纖維作為增強材料，將硅質、鈣質材料作為膠結材料，經過制漿、高溫蒸汽，實現固化反應所制成的板材，同樣具有極佳的防火、耐久性能。對于耐火極限高于2h的樓板來說，則要在輕鋼龍骨充填高溫巖棉，搭配硅酸鈣板，并將輕鋼龍骨焊接在鋼桁架下側。而位于空腔內的鋼柱座則要噴涂防火涂料，保證涂料的耐火極限超過15h。對于隔墻來說，則要充分考慮耐火極限要求，根據實際情況，采取差異性的防火保護措施[8]。

（四）豎井空腔防火措施

1.豎向管井

豎向管井是指建筑物用于布置豎向設備管線的井道，通常來說，豎向管井的火災隱患主要表現為線路敷設不夠規范，電纜纏繞不清，線纜沒有做好穿管保護，導致線路老化現象嚴重。為此，工作人員應做好豎向管井的規范管理，清除內部雜物，做好線纜保護，加強防火封堵效果，保證管道井的獨立設置，切不可在層間樓板處分隔。甲級防火門是一種消防設備，其耐火等級達到1.5h，門扇厚度大約在50mm，材質以鋼質、木質為主，內部填充材料為珍珠巖，個別也會使用MC復合材料、發泡門芯板等。此類材料的特點在于耐火度高、吸水性強。同時，除電梯井外的豎井井壁，則要保證耐火等級超過1h，在防火保護措施上可保持與隔墻一致，即纖維硅酸鈣板與高溫巖棉，并保證樓板空腔采用與樓板防火保護相同的構造，做到水平防火分隔。

2.樓板空腔

樓板空腔是指建筑因結構原因出現的封閉或半封閉空間，其存在容易產生共鳴現象，也不利于溫度調節，容易出現熱集中效應，加大安全隱患的形成概率。為此，需要在每塊樓板四周采用硅酸鈣板，將其作為防火分隔，并在樓板拼接位置，填充巖棉，借助防火水泥，完成密閉填縫作業。其中防火水泥是指在材料表面涂上防火土層的混凝土，能夠在結構物表面形成一定厚度的層狀物，確保在火災事故時，降低可燃性基材火焰傳播速度，以此達到推遲構件升溫至材料極限溫度的時間，切實提高結構耐火極限。而在樓板空腔的送排風管道方面，則可使用巖棉材料，并控制好材料空度，通常應高于30mm。在吊頂上方開設排風口以及接線口，要求管道與頂棚的縫隙填滿巖棉，之后借助防火水泥完成封堵作業。同時，在樓板吊頂，還要做好檢修口規格的適當調整，保證檢修口面積不超過0.6×0.6m，也禁止在相鄰區域設置多個檢修口。

結語

綜上所述，通過對裝配式鋼結構建筑防火設計要求開展分析討論，并以某地方酒店工程項目作為研究對象，闡述消防設計存在的不足之處以及針對性的解決措施，借助耐火試驗確定鋼柱、墻體耐火極限，以此為后續的防火保護提供參考依據，使構件設計方式符合安全規定。

參考文獻

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[8]林晉立.排煙防火閥門耐火試驗系統的設計與試驗[J].機電工程技術，2022，51（06）：214-219.

作者簡介：王遠平（1966- ），男，漢族，江西贛州人，本科，高級工程師，研究方向：土木工程設計施工管理。