装配式变电站主体结构防火设计研究

陈京华， 吴凤超， 夏 凯

(1.安徽华电工程咨询设计有限公司，安徽 合肥 230022；2.国网安徽省电力公司 经济技术研究院，安徽 合肥 230601)

装配式变电站主体结构防火设计研究

陈京华1， 吴凤超1， 夏 凯2

(1.安徽华电工程咨询设计有限公司，安徽 合肥 230022；2.国网安徽省电力公司 经济技术研究院，安徽 合肥 230601)

钢结构材料因其质轻、高强、抗震性强、施工周期短和可回收利用等优点而得到广泛应用于装配式变电站设计中。但变电站建筑中主变压器和电容器等电气设备含油量均较多，发生火灾时危险性大，而钢结构材料防火性能、力学性能较差，因而采用防火材料对钢结构主体进行防火保护研究具有重要的意义。

钢结构；装配式变电站；防火材料；防火包覆；耐火极限

0 引 言

作为现代建筑工程中较普遍的钢结构建筑因其强度高、质量轻、延伸性好、抗震性强和施工周期短、环境影响小等优点[1]，在国家电网的大力推广下广泛应用于变电站建筑中。但变电站建筑中主变压器和电容器等电气设备含油量均较多，发生火灾时危险性大。而钢结构材料防火性能、力学性能较差，通常在600 ℃左右时钢结构即会失去承载作用，而一般火场温度会高达800～1 000 ℃，在这样高温下，裸露的钢结构会很快发生塑性变形，产生局部破坏，使其很快失去支撑能力，导致建筑物垮塌。

因此对其主体结构中梁、柱构件进行防火保护研究具有重要的意义[2]。

1 某装配式变电站基本情况概述

本文以某220 kV装配式户内变电站为模板，进行结构主体防火设计研究；变电站为单层建筑，平面布置详见图1所示。

图1 变电站平面布置图

根据文献[2]的规定，变电站建筑物不同设备房间的耐火等级为：主变室一级；其他功能房间为二级[3]。电容器室、主变室墙体采用防火墙；其他房间墙体采用普通隔墙；不同耐火等级时构件的耐火极限详见表1所列。

表1 不同耐火等级构件的燃烧性能和耐火极限 h

2 主体结构防火设计

2.1 防火材料选择及防火包覆工程做法

包覆法是在钢结构外表添加外包层，外包层可以为防火板材或者具有防火功能的其他包覆材料。该方法具有重量轻、干式作业、施工方便、耐火性能及耐久性优越等特点，主要做法有：

(1) 外包混凝土或砌筑砌体：外包材料密度较大，硬度高，材料采用砌筑方式施工，外表面用水泥(或石膏)砂浆粉刷。常用的块状材料有各种黏土砖、黏土空心砖、加气混凝土砌块、陶粒空心砌块等[4-5]。

(2) 防火板包覆：防火板根据密度不同可为低密度防火板、中密度防火板和高密度防火板；根据使用厚度的不同可分为防火薄板和防火厚板。常用防火板主要有纸面石膏板、纤维增强水泥板、水泥蛭石板、水泥珍珠岩板、硅酸钙防火板、岩棉板和玻镁平板、低密度无石棉硅酸钙板等。

(3) 复合防火包覆：即在钢结构表面涂覆防火涂料或采用柔性毡状隔热材料包覆，再用轻质防火板作饰面板。常用的柔性毡状材料有硅酸铝棉毡、矿渣棉毡、岩棉毡、玻璃棉毡等[6]。

根据装配式变电站建筑构件耐火极限及施工可行性，本工程采用如下防火包覆做法，见表2所列、图2所示。

表2 各功能房间防火包覆做法

图2 钢梁防火保护构造

2.2 技术要求

2.2.1 防火板的安装要求

(1) 防火板的包覆必须根据构件形状和所处部位进行包覆构造设计，在满足耐火要求的条件下充分考虑安装的牢固稳定。

(2) 固定和稳定防火板的龙骨粘结剂应为不燃材料，龙骨材料应便于构件、防火板连接。粘结剂在高温下应仍能保持一定的强度，保证结构稳定和完整。

(3) 防火板材或无机龙骨与构件粘贴面应做防锈去污处理，非粘贴面均应涂刷防锈漆。

(4) 采用岩棉、矿棉等软质板材包覆时，为提高其美观性以及增强其表面防撞强度，宜采用薄金属板或其他不燃性板材对适当的部位进行包裹。

(5) 板材的防火包覆工程必须在钢结构安装及涂料工程验收合格及所有管线敷设完成后施工，严禁事后安装，破坏包覆板材。当管线贯通板材时，管线与龙骨以及管线与板材相交处的缝隙必须用耐高温粘结剂嵌缝。

(6) 当构件上设有加劲肋时，一般考虑将构件进行整体包覆，不再对加劲肋单独包覆。

(7) 水电管线应在墙上敷设，柱上仅允许预敷设金属电线管盒，严禁事后安装破坏包覆板材。开关盒、连接盒底部及周边与钢构件相交处需用垫板及耐高温无机粘结剂隔离封堵；管线与龙骨相交处缝隙必须用耐高温粘结剂嵌缝。

2.2.2 采用复合防火保护时的要求

(1) 必须根据构件形状和所处部位进行包覆构造设计，在满足耐火要求的条件下充分考虑保护层的牢固稳定。

(2) 在包覆构造设计时，应充分考虑外层包覆的施工不应对内防火层造成结构性破坏或损伤。

3 结束语

采用上述防火包覆做法后，系统耐火极限满足一级耐火等级时柱耐火极限大于2.5 h，梁大于2.0 h；二级耐火等级时柱耐火极限大于2.0 h；梁大于1.5 h的要求。施工时采用干式作业，装配化程度高，是符合建筑工业化需求的施工方法；无石棉硅酸钙防火板是工业化生产，板材厚度可以保证，防火系统长期使用不会产生任何变形，也无需特殊的维护保养；符合国家电网提出的“两型三新一化”精神的要求。包含成本、运输和安装后综合造价区间为80～120元/m2，具有综合造价低、性价比高等优点[7-9]；是一种适合在装配式变电站主体结构防火设计中推广的防火做法。

[1] GB 50016-2014,建筑结构设计防火规范[S].

[2] GB 50229-2006，火力发电厂与变电站设计防火规范[S]．

[3] 乔国峰.钢结构柱防火保护设计及造价研究[J].东北电力大学学报,2014(3):210～213.

[4] 李建朝,魏伦杰,王志宽. 浅论钢架结构的防火措施[J].魅力中国,2009(36):11～12.

[5] 赵金海．高温下弹性压变钢构件稳定性分析[D]．哈尔滨：哈尔滨工程大学，2013．

[6] 汤 泓,徐亚丰,白首晏.我国钢结构的发展综述[J].西部探矿工程，2005(1)：33～34.

[7] 衣 欣．基于厚型防炎涂料的H型钢梁耐火性能数值分析[D]．沈阳：沈阳建筑大学，2013．

[8] 杨永新.钢结构建筑的防火保护措施探讨[J].科技创新导报,2011(29):216.

[9] 魏 东,孙秀山,刘应华,等.钢结构抗火研究进展[J].建筑钢结构进展，2006(4)：96～98.

2016-09-26；修改日期：2016-09-29

陈京华(1960-)，男，江苏阜宁人，安徽华电工程咨询设计有限公司工程师．

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