谈现代轻钢结构厂房耐火保护及防火分区-建筑设

谈现代轻钢结构厂房耐火保护及防火分区
周荣丰 泮威风
摘要： 通过列举轻钢厂房划分防火分区的方法和对钢构件的耐火保护的措施，提出比较合适的方案。
关键词：轻钢结构厂房 耐火保护 防火分区

一、 前言

轻型钢结构厂房具有造型简节美观、空间利用率高、造价低、机械化程度高、安装施工简便、建设周期短、平面布局灵活易改造，同时钢材具有重量轻、材质均匀、力学计算模型与实际受力比较符合等诸多优点，所以在现代工业厂房中大量采用。但钢材也有一个致命的缺点：不耐火。钢材虽然是不燃材料，但在火灾高温作用下，其力学性能如屈服强度、弹性模量等却会随温度升高而降低，在接近550摄氏度时，降低的幅度更为明显，15分钟左右就丧失承重能力导致垮塌。而对轻钢结构厂房防火分区的划分是为减少火灾的发生和控制火灾发生时火势蔓延、扩散。
因此，对钢构件必须采取措施进行保护。首先是对钢构件进行耐火保护，使其在火灾时温度升高不超过临界温度，结构在火灾中就能保护稳定性；其次是对厂房内部进行有效的防火分区划分。不过对于现代轻钢结构厂房的大跨度、大空间来说，防火分区的设置具有一定难度。

二、 轻钢结构厂房的防火分区

　　防火分区在普通民用建筑中较易实现，如在门、厅、楼梯等处采取一些技术措施，用防火墙、防火门、防火卷帘加水幕等都可以较好地解决。若建筑内设有自动喷水灭火设备，每层最大允许防火分区面积还可以增加l倍。但若试图把这些技术措施转移至大面积的轻钢结构厂房，就会遇到新的问题。
　　（一）防火墙
　　用防火墙将厂房分隔是不理想的。不仅因为厂房大空间被分割后影响其通透性，而且对生产工艺的连续性以及厂房内物流组织的要求更是破坏；另外又高又长的防火墙构造要求高，造价也高。若从生产管理的角度看，业主也不愿接受这样的方案。
（二）防火带
　　厂房内由于生产工艺边连续性的要求，无法设防火墙，也可改设防火带。在有可燃构件的厂房中划出一段区域，将这个区域内的构件全部改用不燃性材料，并采取措施租挡防火带一侧的烟火不会流窜至另一侧，从而直到防火分隔的作用。对防火带必须做到：(1)防火带中的屋顶结构应用不燃性材料，其宽度不应小于6m，并高出相邻屋脊0．7m。(2)防火带最好设在厂房内的通道部位，以得火灾时的安全疏散和扑救工作。(3)防火带内不得堆放可燃物。
　　此法在实际实施过程中，对工艺布置限制大，影响工艺布置，而管理上更不好控制防火带内无可燃物。因此实施有一定的难度，效果不理想。
　　(三）防火门、防火卷帘
　　利用防火门与防火卷帘进行防火分区，在民用建筑中是常用的。可面对大跨度的轻钢厂房(经常采用12~36m跨)，就很难实现。这不仅因为没有如此跨度的卷帘，而且卷帘又要很高，这样的卷帘在收放时很难控制，容易卡在滑槽里。所以利用防火门、防火卷帘进行防火分区划分效果也是不理想。
　　(四）自动喷水灭火系统
　　既然《建筑设计防火规范》(GB50016—2006)规定，设自动喷水灭火装置的建筑，每层最大防火分区面积允许增加1倍。那么可否采取设置自动喷水灭火装置呢?
　　首先当安装的自动喷水灭火系统达到一定高度（超过8m)时,灭火系统作用就不大了，而单层轻钢结构厂房的高度一般都很高，其次，轻钢结构厂房面积都很大，虽由安装自动喷水灭火系统而扩大1倍防火分区面积也很难覆盖全厂房。所以安装自动喷水灭火系统的效果也是不十分理想。
　　(五）独立水幕
　　水幕用独立水幕作防火分隔，可以起到防火墙的作用，是一个较好的方案。防火水幕带宜采用喷雾型喷头，也可采用雨淋式水幕喷头。水幕喷头的排列不应少于3排，防火水幕带形成的水幕宽度不宜小于5m，流量2L／(s-m)。这种分隔方式灵活，不像防火墙要把车间截断，也没有大跨度防火卷帘的麻烦，理论上多大跨度都可以。在正常生产时，就好象它不存在，一旦有火灾需要防火分隔时，它可以立即实现有效分隔。
但独立水幕作防火分隔也不是完美解决方案：首先是需水量大，而仅在火灾中使用。其次是需专用防火设备和相应用房而增加投资。再次是厂房内局部发生火灾时，开只需几个灭火器就能解决问题，可此时若启动水幕，会对生产设备造成破坏，损坏生品，由此造成的损失比局部火灾的损失会更大。因此需严格控制水幕的启动时机，防止误动，所以设计时采用人工手动启动较为合适。还有是需经常进行有效维护，而试水检验水幕系统的可靠性很麻烦。

三、 轻钢结构厂房的耐火保护

　　钢结构耐火极限低于规范要求，需采取相应的耐火保护措施。常用方法有以下几种：
　 （一）粘贴法耐火保护
　　粘贴法就是将防火板材用胶粘贴在钢结构构件上而起到耐火保护作用。由于粘贴的轻质成型板材不耐撞击，而工业厂房柱下部分又难免有轻微磕碰；同时考虑到板材易受潮吸水，降低胶粘剂的粘接强度；此外，厂房内钢构件全部用板材覆盖不仅增加成本，而且影响原有钢骨的美感。国产的石棉硅酸钙、矿棉、轻质石膏等防火板材质量较差，而进口的太贵，业主不易认可这样的方案。
　　（二）吊顶法耐火保护
　　吊顶法主要是保护钢梁、钢屋架等屋面钢构件，用轻质、薄型、耐火的材料制作吊顶，把钢梁、钢屋架包藏在耐火材料组成的吊顶内。火灾时可以使钢梁、钢屋架的升温大为延缓，大提高钢结构的耐火能力。而屋面吊顶下的其他钢构件如柱，还需采用其他方法加以保护。同时工业厂房内的屋面下，挂有大量的设备，如各种公用管线、悬挂吊车等，如做吊顶必然影响设备的使用及维护，而且设置吊顶会增加成本较多。这样的方案让业主认可也有一定的难度。
　　（三）现浇法耐火保护
　　现浇法一般用普通混凝土或加气混凝土浇注包裹钢构件，是很可靠的钢结构防火方法。但采用此方法需支模、浇注、养护等，施工周期长，且增加构件的重量较多，成本大增，对轻钢结构厂房低造价的要求相矛盾。
（四）喷涂法耐火保护
　　喷涂法是将防火涂料或油漆直接喷涂在构件表面，形成保护层。钢结构防火涂料的防火原理是这样：其一是涂层对钢基材起屏蔽作用，让钢结构不直接暴露在火焰高温中。其二是涂层吸热后，有部分物质分解而放出的水蒸汽或其他不燃气体，起到消耗热量、降低火焰温度和燃烧速度、稀释氧气的作用。其三是涂层本身多孔轻质和受热后形成碳化泡沫层，阻止了热量迅速向钢基材传递，推迟了钢基材强度的降低，从而提高了钢结构的耐火极限。相同涂料随着厚度增加，耐火时间也随之增加。
　　在喷涂钢结构防火涂料时，不同的耐火时间要求，喷涂的厚度必也不同，而节点部位宜适当加厚。某些情况之，涂层内应设置与钢结构相连的钢丝网，以确保涂层牢固，如：1）梁承受冲击振动；2)设计层厚度大于40mm时；3)涂料粘结强度小于0．05Mpa；4)梁腹板高度大于1．5m。
喷涂法是一种较简单、经济、有效的做法，其优点是价格相对低、重量轻、施工速度快、适用于形状复杂的钢构件。缺点是喷涂表面粗糙不平，不美观又易挂灰难于清理，耐用时间短（一般隔几年需重新喷涂）。此方法目前最适合于轻钢结构厂房，也易为业主所接受。

四、 总结

综上所述，目前轻钢结构工业厂房采用喷涂法是最适合的耐火保护方法，而防火分区独立水幕是较适合的方法，但各方法也都有适用的时候和不如意的地方。在实践中，我们应根据不同的生产和工艺要求，选用适合方法，更应不断探索，以便找出更好的方案。

参考文献：《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）
《建筑钢结构防火技术规程》（CECS 200:2006）