大空间、大跨度钢结构厂房的防火设计分析

徐瑾

【摘 要】 根据工作实际需要，我们就大跨度、大空间钢架结构厂房防火分隔和保护做了一定的准备工作，在钢架结构的防火保护上我们从防火涂料、混凝土浇砌筑、充填水、箱式包裹、复合材料等这几方面入手，在钢架结构厂房进行分区处理上我们从安装防火墙、防火卷帘、自动喷水的装置等方面入手，如下是我们做出的具体分析。

【关键词】 钢架结构厂房 防火分隔 防火保护

钢架结构的工业厂房有很多优点，例如：建设时间较短、防震能力强、自身重量轻、成本比较低、造型美观、时代感突出等，在眼下工厂设计中应用比较广泛，尤其是大跨度、大空间的钢架结构厂房，建造的尤其多。但是也有耐火性较低的缺点。因为钢材自身耐火性能力差，导热性又强，它们的弹性模量和屈服强度的力学性能受温度影响较大，温度上升，性能下降，当温度提高到 595.8℃，钢材的刚度和强度基本降低到0。现在厂房的钢架构件基本是圆柱形或者H 型 的薄层结构，截面面积大，发生火灾时受热面积也就大，吸收的热量增加，温度很高，在短时间内就丧失稳定性和承载力。尤其是大跨度、大空间的钢架结构厂房，由于通透、空间较大、室内空气流通更快，因此火灾蔓延速度更快，损失更严重。

我们了解目前的工业厂房，因为流水式的生产线被广泛的应用，生产技术的提高，厂房的空间的加大需求也在提高，而钢架结构厂房的空间大是通过加长梁的跨度来实现的，而大跨度梁所承担的力矩和结构应力会加大，火灾发生时更容易失去承受力，造成大面积的坍塌，更大的经济损失。防火涂料的使用能提高钢架构件的耐火能力，延长其承载能力。而且，划分防火分区的办法使厂房分成若干相对独立的单元，在火灾发生时，可控制火势在一定的空间内，有效的减少了火灾引起的经济损失，同时也给消防扑救、人员疏散提供了更好的机会。因此我们认为，大跨度、大空间的钢架结构厂房在防火设计中应重点在设计防火保护和防火分隔。

1 钢架结构中防火保护

1） 防火涂料：

防火涂料是施工时涂抹在钢架表面，形成一层耐火隔热的保护膜，提高钢架耐火性能的材料，其类型可分：薄型、超薄型和厚型等几种涂料。厚型涂料是颗粒状材料，在高温情况下靠涂料自身的厚度和较低的导热性能对钢架构件起到隔热的作用。超薄型和薄型涂料自身厚度较薄，在高温情况下涂层会膨胀增厚来保护钢架，避免其过热。这两种类型适和隐蔽结构、裸露的钢梁和斜撑等钢架构件使用。

2）混凝土浇砌筑法：

现浇混凝土在作外包结构时，在钢架结构上可以现浇成型，也可运用喷涂法。还可以用钢筋或者钢丝网来加强，以提高外壳的强度并限制其产生裂缝，更可在施工时将钢架表面涂上砂浆来保护其结构。外包层也可用轻混凝土材料做预制板，使用钉子、螺栓和胶粘剂来进行固定。此方法适用于无保护面板和易碰撞的钢架的防火保护。

3）充填水法：

在空心钢架构件中充填水也是一个抵御火灾的好方法，能使钢架结构在发生火灾时延长其耐高温。水在钢架构件中循环，被加热的水可以经冷却进行循环，或者引入冷水来代替过热的水。此办法只适用保护空心钢架构件。

4）箱式包裹法：

使用防火的无机板材给大型钢架构件进行包裹，包裹板的厚度可根据所需耐火性能的大小而定。此办法的优点是：施工简单、包裹面平整光滑、低损耗、施工时间短、不易老化、成本低等。

5）复合法：

用防火涂料或者柔软的毡状隔热材料作钢板的第一层，外面罩上一层防火薄板。此办法一般只用于需要黏贴柔软的毡状隔热材料或这涂敷厚质的防火涂料钢架。

在实际中，由于工程造价、施工工艺、大跨度结构承载能力较低等因素，即便使用了防火材料，大跨度、大空间钢架结构厂房的耐火等级一般也难达到二级（耐火级限应达到柱 2.5h，梁 1.5h）。

2 钢架结构厂房要进行分区处理

1）用防火墙来进行防火分隔：因为施工工艺的要求，成套设备的生产线不可能让防火墙把房子分成两半，这样会阻断连贯的生产线设备，很不利于材料、半成品和成品的运输，更不利于管理。

2）用防火卷帘来进行防火分区：防火卷帘和防火门，在大跨度的钢架厂房面前，也不适用。例如某刨花板的车间，单跨长度约 36 米，定制这样的大跨度防火卷帘有些困难，就算制造了这种卷帘，由于跨度大，在收放中难以控制，很容易在收放时卡住，且且成本又高，设计施工时很少运用。

3）用自动喷水的设施灭火和防火分区的联系：在整个车间中安装自动喷水的灭火装置，可以让防火分区的面积在允许的范围内增加近一倍，还满足了规定的要求。这就需要我们满足两个要求：（1）单层钢架结构厂房的高度一般都超过了 8米，根据《自动喷水灭火系统设计规范》中说道超过了 8米 的厂房，安闭式喷头的灭火能力差。（2）有些丙类三级单层钢架厂房的面积有 9000平方米，根据需要要分成三个分区，如果全车间都安装自喷系统，则防火分区所允许的面积尽管扩大了一倍，但还是不够。4）安装水幕带来进行防火分隔：安装一条防火的水幕带，区域宽约 5米，流量约每秒流2立方米，不像防火墙那样需要要把车间分为两半，也不像大跨度的防火卷帘那样麻烦，在理论上讲多大跨度都没有问题。但是，却有两大问题：（1）用水量过大，建水池成本高。如果按跨度 36米 计算，火灾持续时间按 3小时 算，单独一条水幕的储水量就需要 778立方米，还不算室内外消火栓所需的储水水量。（2）水幕工作时，大量的水倾泻而下，昂贵的设备由于没有及时关闭可能造成损坏，就算设备及时关闭，经过水的浸泡也可能降低设备的使用寿命。

结语

从上面我们看出，因为钢架结构厂房耐火的等级比较低，相对应可允许的防火分区面积也较低，但是现代的工业厂房要如何大跨度、大空间的进行设计，怎样才能解决这个问题，笔者认为在防火分区问题的处理上要寻找新的方法，研制出更实用、有效的防火涂料来提高钢架结构厂房的耐火等级，这才是一个更为直接、有效的方法。

参考文献

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[2] 王世平；大跨度钢筋混凝土天桥施工全过程的力学分析[D]；华侨大学；2000年

[3] 程晓东；大跨度钢管混凝土拱桥的三维非线性层合元分析研究[D]；浙江大学；2004年