裝配式變電站主體結構防火設計研究

陳京華， 吳鳳超， 夏 凱

(1.安徽華電工程咨詢設計有限公司，安徽 合肥 230022；2.國網安徽省電力公司 經濟技術研究院，安徽 合肥 230601)

裝配式變電站主體結構防火設計研究

陳京華1， 吳鳳超1， 夏 凱2

(1.安徽華電工程咨詢設計有限公司，安徽 合肥 230022；2.國網安徽省電力公司 經濟技術研究院，安徽 合肥 230601)

鋼結構材料因其質輕、高強、抗震性強、施工周期短和可回收利用等優點而得到廣泛應用于裝配式變電站設計中。但變電站建筑中主變壓器和電容器等電氣設備含油量均較多，發生火災時危險性大，而鋼結構材料防火性能、力學性能較差，因而采用防火材料對鋼結構主體進行防火保護研究具有重要的意義。

鋼結構；裝配式變電站；防火材料；防火包覆；耐火極限

0 引 言

作為現代建筑工程中較普遍的鋼結構建筑因其強度高、質量輕、延伸性好、抗震性強和施工周期短、環境影響小等優點[1]，在國家電網的大力推廣下廣泛應用于變電站建筑中。但變電站建筑中主變壓器和電容器等電氣設備含油量均較多，發生火災時危險性大。而鋼結構材料防火性能、力學性能較差，通常在600 ℃左右時鋼結構即會失去承載作用，而一般火場溫度會高達800～1 000 ℃，在這樣高溫下，裸露的鋼結構會很快發生塑性變形，產生局部破壞，使其很快失去支撐能力，導致建筑物垮塌。

因此對其主體結構中梁、柱構件進行防火保護研究具有重要的意義[2]。

1 某裝配式變電站基本情況概述

本文以某220 kV裝配式戶內變電站為模板，進行結構主體防火設計研究；變電站為單層建筑，平面布置詳見圖1所示。

圖1 變電站平面布置圖

根據文獻[2]的規定，變電站建筑物不同設備房間的耐火等級為：主變室一級；其他功能房間為二級[3]。電容器室、主變室墻體采用防火墻；其他房間墻體采用普通隔墻；不同耐火等級時構件的耐火極限詳見表1所列。

表1 不同耐火等級構件的燃燒性能和耐火極限 h

2 主體結構防火設計

2.1 防火材料選擇及防火包覆工程做法

包覆法是在鋼結構外表添加外包層，外包層可以為防火板材或者具有防火功能的其他包覆材料。該方法具有重量輕、干式作業、施工方便、耐火性能及耐久性優越等特點，主要做法有：

(1) 外包混凝土或砌筑砌體：外包材料密度較大，硬度高，材料采用砌筑方式施工，外表面用水泥(或石膏)砂漿粉刷。常用的塊狀材料有各種黏土磚、黏土空心磚、加氣混凝土砌塊、陶粒空心砌塊等[4-5]。

(2) 防火板包覆：防火板根據密度不同可為低密度防火板、中密度防火板和高密度防火板；根據使用厚度的不同可分為防火薄板和防火厚板。常用防火板主要有紙面石膏板、纖維增強水泥板、水泥蛭石板、水泥珍珠巖板、硅酸鈣防火板、巖棉板和玻鎂平板、低密度無石棉硅酸鈣板等。

(3) 復合防火包覆：即在鋼結構表面涂覆防火涂料或采用柔性氈狀隔熱材料包覆，再用輕質防火板作飾面板。常用的柔性氈狀材料有硅酸鋁棉氈、礦渣棉氈、巖棉氈、玻璃棉氈等[6]。

根據裝配式變電站建筑構件耐火極限及施工可行性，本工程采用如下防火包覆做法，見表2所列、圖2所示。

表2 各功能房間防火包覆做法

圖2 鋼梁防火保護構造

2.2 技術要求

2.2.1 防火板的安裝要求

(1) 防火板的包覆必須根據構件形狀和所處部位進行包覆構造設計，在滿足耐火要求的條件下充分考慮安裝的牢固穩定。

(2) 固定和穩定防火板的龍骨粘結劑應為不燃材料，龍骨材料應便于構件、防火板連接。粘結劑在高溫下應仍能保持一定的強度，保證結構穩定和完整。

(3) 防火板材或無機龍骨與構件粘貼面應做防銹去污處理，非粘貼面均應涂刷防銹漆。

(4) 采用巖棉、礦棉等軟質板材包覆時，為提高其美觀性以及增強其表面防撞強度，宜采用薄金屬板或其他不燃性板材對適當的部位進行包裹。

(5) 板材的防火包覆工程必須在鋼結構安裝及涂料工程驗收合格及所有管線敷設完成后施工，嚴禁事后安裝，破壞包覆板材。當管線貫通板材時，管線與龍骨以及管線與板材相交處的縫隙必須用耐高溫粘結劑嵌縫。

(6) 當構件上設有加勁肋時，一般考慮將構件進行整體包覆，不再對加勁肋單獨包覆。

(7) 水電管線應在墻上敷設，柱上僅允許預敷設金屬電線管盒，嚴禁事后安裝破壞包覆板材。開關盒、連接盒底部及周邊與鋼構件相交處需用墊板及耐高溫無機粘結劑隔離封堵；管線與龍骨相交處縫隙必須用耐高溫粘結劑嵌縫。

2.2.2 采用復合防火保護時的要求

(1) 必須根據構件形狀和所處部位進行包覆構造設計，在滿足耐火要求的條件下充分考慮保護層的牢固穩定。

(2) 在包覆構造設計時，應充分考慮外層包覆的施工不應對內防火層造成結構性破壞或損傷。

3 結束語

采用上述防火包覆做法后，系統耐火極限滿足一級耐火等級時柱耐火極限大于2.5 h，梁大于2.0 h；二級耐火等級時柱耐火極限大于2.0 h；梁大于1.5 h的要求。施工時采用干式作業，裝配化程度高，是符合建筑工業化需求的施工方法；無石棉硅酸鈣防火板是工業化生產，板材厚度可以保證，防火系統長期使用不會產生任何變形，也無需特殊的維護保養；符合國家電網提出的“兩型三新一化”精神的要求。包含成本、運輸和安裝后綜合造價區間為80～120元/m2，具有綜合造價低、性價比高等優點[7-9]；是一種適合在裝配式變電站主體結構防火設計中推廣的防火做法。

[1] GB 50016-2014,建筑結構設計防火規范[S].

[2] GB 50229-2006，火力發電廠與變電站設計防火規范[S]．

[3] 喬國峰.鋼結構柱防火保護設計及造價研究[J].東北電力大學學報,2014(3):210～213.

[4] 李建朝,魏倫杰,王志寬. 淺論鋼架結構的防火措施[J].魅力中國,2009(36):11～12.

[5] 趙金海．高溫下彈性壓變鋼構件穩定性分析[D]．哈爾濱：哈爾濱工程大學，2013．

[6] 湯 泓,徐亞豐,白首晏.我國鋼結構的發展綜述[J].西部探礦工程，2005(1)：33～34.

[7] 衣 欣．基于厚型防炎涂料的H型鋼梁耐火性能數值分析[D]．沈陽：沈陽建筑大學，2013．

[8] 楊永新.鋼結構建筑的防火保護措施探討[J].科技創新導報,2011(29):216.

[9] 魏 東,孫秀山,劉應華,等.鋼結構抗火研究進展[J].建筑鋼結構進展，2006(4)：96～98.

2016-09-26；修改日期：2016-09-29

陳京華(1960-)，男，江蘇阜寧人，安徽華電工程咨詢設計有限公司工程師．

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1673-5781(2016)05-0629-02