装配式钢结构建筑消防问题及解决方案探析

摘要：本文将围绕装配式钢结构建筑防火设计要求开展分析，并以某城市酒店工程作为研究对象，阐述装配式钢结构建筑消防问题，包括构件的耐火极限较低、楼板空腔防火保护不到位。为此，笔者认为可借助耐火试验确定构件耐火极限，保证设计符合安全标准，并提出竖向管井的防火分隔路径，达到控制火势蔓延的目的，并保证配式钢结构建筑的安全性与稳定性。

关键词：耐火试验；竖井空腔；消防安全；钢结构建筑

引言

装配式钢结构建筑是指将大量现场作业转移至工厂，预先在工厂完成构件加工制作之后，将其运输至施工现场，在连接固定后装配成建筑物。虽然此类建筑可通过钢板与焊接型材连接，保持极强的荷载承受能力，具有抗震性能好、绿色环保等优势。但钢结构建筑保温隔热效果不佳，燃烧温度高，容易在火灾时出现局部熔化，加大火势蔓延程度，无法有效扑灭与控制。

一、装配式钢结构建筑防火设计要求

鉴于装配式钢结构建筑的材料特点，若想实现工厂化生产，满足建筑安全标准，需要进一步优化防火设计，充分考虑构件承载形式以及环境因素，采取可靠性強、实用性高的防火保护措施，保证构件易于组装，不会在运输、安装时受到破坏。同时还要注意，装配式结构的封闭性显著，无论是安全疏散还是烟气控制，都存在难度较高的问题，若想降低火灾事故的不良影响，应以预防火灾形成为首要目标。比如：在设计阶段，依照建筑用途与规模，确定防火等级，并布置防火隔墙；选取适合的防火材料，保证材料具备耐高温、阻燃等特性，例如防火涂料、防火胶带等；布置防火门窗，用以起到隔热作用；设置灭火装置，包括灭火器、消防栓，并定期做好检查、维护，保证在出现意外时能够第一时间扑灭火源；强化消防宣传力度，帮助操作人员树立良好的安全意识与防火理念，通过定期培训与演练，使管理者与工作者掌握应对火灾的有效手段。

二、装配式钢结构建筑消防问题及解决方案的实现路径

（一）工程概况

本文选取的研究对象为酒店工程项目，建筑高度大约在64m，其中地上19层，地下两层，地上建筑面积达到20000m2，耐火等级为1级。根据实际调查显示，酒店建筑地上结构表现为装配式钢框架体系，主要组成包括外墙系统、暖通系统、消防系统以及钢构系统，采用钢柱、钢桁架组成。对于楼板单元来说，采用浇筑混凝土饰面，涵盖上层底板与下层吊顶。在相关构件出厂过程中，项目子系统在完成预装处理后，会直接打包运送到施工现场，凭借高强度螺栓进行构件连接拼装。至于酒店项目的钢柱则以方形钢管柱为主，其截面规格达到200×200mm，壁厚大约在10～30mm之间。而楼板结构单元的规格则在7.8×3.9m，承重结构为钢桁架，以弦杆代替翼缘，借助腹杆代替腹板，并在各阶段采用节点板焊缝完成腹杆与弦杆的连接，高度在4.5m。在桁架上层铺有大量钢筋网片，直至工厂内完成混凝土浇筑、养护后，将其制作成钢板砼组合楼板。在酒店建筑内部，均使用非承重墙，此类墙体只负责承受次要荷载，具有自重轻、保温隔声效果好的优势，不会占用过多的建筑面积，且操作便捷，能够与饰面层结合牢固。通过将岩棉填塞在轻钢龙骨，提高元件的稳固性能。对于上下楼层的钢柱，则要凭借柱座实现连接，在钢柱端焊接完毕后，插入楼板柱座。而在钢柱外则要利用高强度螺栓，通过法兰连接，完成元件组合。

（二）设计问题与解决思路

在建筑设计过程中发现，钢材晶体组织对温度相对敏感，材料强度会因温度的持续上升而不断削弱，甚至出现钢材耐火极限不超过30min的问题。即便工作人员通过喷涂防火涂料，来提高材料的防火质量，但在实际应用过程中，建筑耐火极限却始终得不到改善。究其原因在于：施工方存在偷工减料行为，没有充分遵循既定程序完成喷涂作业，也可能是施工人员本身的专业能力不足，造成涂层厚度不达标，甚至出现大面积涂层脱落；建筑使用方安全意识不足，对于建筑防火性能的了解不够全面，在选择涂料时，为减少经济成本支出，选择劣质防火涂料，从而埋下严重的消防隐患；监督方对于工程项目的监管力度不足，未第一时间找出防火作业时存在的问题，监督机制不够科学、检验技术未有效执行，过于依靠人员的主观判断。在建筑楼板结构方面，由于采用钢框架的结构体系，会在楼板中形成较大空腔，一旦产生火灾事故，火灾产生的烟气与火焰进入密闭空间后，很容易蔓延到其他地区。建筑内的管道井与排烟道都采用竖向结构，若烟气流入其中，同样会引发竖井与空腔间的相互蔓延，最终加大火势，引发严重后果。

为切实解决上述问题，需要建筑产权单位、物业管理单位准确识别建筑消防隐患，加大建筑风险排查力度，做好消防设施的维护与更新，保证报警系统正常运行，充分考虑装配式结构建筑的特殊性。通过建立完善的消防审核制度，培养工作人员严谨的作业精神，规范防火涂料的使用。同时，还要注重人员培训以及消防宣讲，并利用耐火试验确定构件的耐火极限，以此保证构件设计符合规范要求[1]。

（三）耐火试验

1.钢柱

根据设计图纸发现，钢柱构件负责承担酒店建筑的竖向荷载，至于斜支撑则主要用于提供抗侧向位移，能够起到维持钢柱受力稳定的作用。在开展钢柱耐火试验的过程中需要注意，受器械设施限制，在试验中采用的时间均来自典型钢管柱，且并未设置斜支撑。至于在试验条件的设置上，则要充分参考《建筑构件耐火试验方法》的相关要求，确保建筑中柱耐火极限在3h以上。基于此，笔者共设计了3个试件耐火试验，具体的防火保护构造以及试验结果表现为：1号钢柱截面规格，含柱座高度大约在3.7m，防火保护措施为50mm厚岩棉，12mm厚纤维硅酸钙板，荷载达到1200kn，耐火时间为3h；2号钢柱截面规格，含柱座高度大约在3.7m，防火保护措施为基本与1号钢柱相同，区别在于纤维硅酸钙板为双层，荷载达到2300kn，耐火时间为70min；3号钢柱截面规格，含柱座高度大约在3.7m，防火保护措施为25mm厚硅酸铝棉，50mm厚岩棉，12mm厚纤维硅酸钙板，荷载达到3200kn，耐火时间为3h[2]。

2.钢桁架楼板

酒店项目的楼板单元主要表现为楼板与梁所组合而成的钢桁架，该构件的耐火极限应超过对梁的耐火等级要求，即数值超过2h。在测试條件方面，则要切实满足国家安全标准对承重构件的相关要求。再充分考虑试验装置的限制条件后，最终决定专门定制用于耐火试验的试验炉，选用测试的楼板规格为5×4×05m，试验共计2次，具体试验结果为：1号楼板吊顶无开口，截面尺寸为5×4×05m，采用的防火保护措施，在轻钢龙骨充填厚棉，并增添纤维硅酸钙板，荷载强度大约在2kn/m2，耐火极限在2h左右；2号楼板吊顶上设有排风口、喷头开口以及线头开口，截面尺寸同样为5×4×05m，采用的防火保护措施与一号楼板基本一致，区别在于岩棉温度较高，荷载强度大约在2.5kn/m2，耐火极限在1.5h左右[3]。

根据上述数据可知，1号楼板防火保护措施能够切实符合耐火极限要求，并保留部分安全冗余。同时，为确保防火保护效果满足预期标准，还应做好楼板吊顶开口与缝隙的防火封堵，避免火势经过开口与缝隙发生蔓延。在排风管道上，则应选用耐高温材料[4]。

3.非承重墙

非承重墙的耐火试验同样为3组，具体的防火保护构造形式以及试验结果表现为：1号非承重墙体尺寸为37×33×0084m，防火保护措施为纤维硅酸钙板，岩棉，耐火极限大约在1h；2号非承重墙体尺寸为37×33×0084m，防火保护措施为纸面石膏板，岩棉，耐火极限大约在57min；3号非承重墙体，墙体尺寸为37×33×0084m，防火保护措施为纤维硅酸钙板，水泥与岩棉，耐火极限大约在2h[5]。

结合上述数据分析可知，1号非承重墙体的耐火极限较高，因此可运用在耐火极限在1h的隔墙设置领域，比如过道两侧墙体。至于2号非承重墙体，其耐火极限趋近于1h，更适合运用在耐火极限在0.8h以上的隔墙。而3号非承重墙体，其耐火极限最高，超过2h，因此可运用在耐火极限在2h以上的领域，比如围护墙以及井壁[6]。

4.结果分析

结合上述建筑构件耐火试验结果，可以为后续的防火构件选取与采购提供科学依据，保证投入使用的构件耐火时间符合相关安全标准[7]。

为此，笔者认为对于耐火极限在3h以上的钢柱，应主要采取硅酸铝棉、高温岩棉以及硅酸钙板。其中硅酸铝棉是指经喷、吹或甩丝法生成的纤维，经过集棉器集结成散装纤维，此类纤维的特征在于导热率低、热容量低，且热稳定性卓越，吸音效果良好，无腐蚀性物质。而高温岩棉则是一种采用优质玄武岩，经高温熔融，离心喷吹等工艺制成的无机保温材料，具有防火性能突出、环保效果显著、施工便捷的优势。而硅酸钙板是指一种新型绿色环保建材，是以无机矿物纤维作为增强材料，将硅质、钙质材料作为胶结材料，经过制浆、高温蒸汽，实现固化反应所制成的板材，同样具有极佳的防火、耐久性能。对于耐火极限高于2h的楼板来说，则要在轻钢龙骨充填高温岩棉，搭配硅酸钙板，并将轻钢龙骨焊接在钢桁架下侧。而位于空腔内的钢柱座则要喷涂防火涂料，保证涂料的耐火极限超过15h。对于隔墙来说，则要充分考虑耐火极限要求，根据实际情况，采取差异性的防火保护措施[8]。

（四）竖井空腔防火措施

1.竖向管井

竖向管井是指建筑物用于布置竖向设备管线的井道，通常来说，竖向管井的火灾隐患主要表现为线路敷设不够规范，电缆缠绕不清，线缆没有做好穿管保护，导致线路老化现象严重。为此，工作人员应做好竖向管井的规范管理，清除内部杂物，做好线缆保护，加强防火封堵效果，保证管道井的独立设置，切不可在层间楼板处分隔。甲级防火门是一种消防设备，其耐火等级达到1.5h，门扇厚度大约在50mm，材质以钢质、木质为主，内部填充材料为珍珠岩，个别也会使用MC复合材料、发泡门芯板等。此类材料的特点在于耐火度高、吸水性强。同时，除电梯井外的竖井井壁，则要保证耐火等级超过1h，在防火保护措施上可保持与隔墙一致，即纤维硅酸钙板与高温岩棉，并保证楼板空腔采用与楼板防火保护相同的构造，做到水平防火分隔。

2.楼板空腔

楼板空腔是指建筑因结构原因出现的封闭或半封闭空间，其存在容易产生共鸣现象，也不利于温度调节，容易出现热集中效应，加大安全隐患的形成概率。为此，需要在每块楼板四周采用硅酸钙板，将其作为防火分隔，并在楼板拼接位置，填充岩棉，借助防火水泥，完成密闭填缝作业。其中防火水泥是指在材料表面涂上防火土层的混凝土，能够在结构物表面形成一定厚度的层状物，确保在火灾事故时，降低可燃性基材火焰传播速度，以此达到推迟构件升温至材料极限温度的时间，切实提高结构耐火极限。而在楼板空腔的送排风管道方面，则可使用岩棉材料，并控制好材料空度，通常应高于30mm。在吊顶上方开设排风口以及接线口，要求管道与顶棚的缝隙填满岩棉，之后借助防火水泥完成封堵作业。同时，在楼板吊顶，还要做好检修口规格的适当调整，保证检修口面积不超过0.6×0.6m，也禁止在相邻区域设置多个检修口。

结语

综上所述，通过对装配式钢结构建筑防火设计要求开展分析讨论，并以某地方酒店工程项目作为研究对象，阐述消防设计存在的不足之处以及针对性的解决措施，借助耐火试验确定钢柱、墙体耐火极限，以此为后续的防火保护提供参考依据，使构件设计方式符合安全规定。

参考文献

[1]肖军.安全防火涂料在钢结构建筑上的应用[J].上海染料，2021，49（03）：36-41.

[2]张军海.钢结构建筑火灾扑救措施及安全行动要点[J].今日消防，2021，6（01）：52-54.

[3]梁泽民.钢结构建筑火灾危险性分析及处置对策探讨[J].科技与创新，2020（13）：138-139.

[4]肖科.基于计算分析的钢结构建筑性能化消防设计[J].消防科学与技术，2020，39（02）：212.

[5]晏建波，戴培刚，张阳，等.石膏基钢结构防火涂料耐火性能研究[J].中国建筑金属结构，2022（07）：36-38.

[6]张天逸.船舶防火门标准耐火试验典型案例[J].中国船检，2022（07）：91-97.

[7]王剑，范宜霖，雷艳，等.阀门端部连接耐火试验系统及试验方法[J].流体机械，2022，50（06）：18-22.

[8]林晋立.排烟防火阀门耐火试验系统的设计与试验[J].机电工程技术，2022，51（06）：214-219.

作者简介：王远平（1966- ），男，汉族，江西赣州人，本科，高级工程师，研究方向：土木工程设计施工管理。