250m以上超高层建筑层间防火构造设计研究

作者简介：汤衡（1987—），女，汉族，湖北宜昌人，硕士研究生，工程师，研究方向：超高层建筑。

摘要：对于高度大于250m的超高层建筑，层间防火设计是防火构造中的一个重要环节。本文结合工程实践，系统总结了大于250m超高层建筑层间防火构造的做法，介绍了楼板下方、楼板上方实体墙以及缝隙封堵的常见构造措施，并指出设计及施工中需要注意的问题。对结构边梁高度不足或者边梁距离幕墙尺寸过大的特殊情况进行了深度剖析，就楼板下非实体墙构造与建筑主体的加强连接给出了创新性的解决方案。

关键词：超高层建筑；层间开口；层间防火；层间封堵构造

引言

当前，超高层建筑迅猛发展，随之而来的消防安全问题也层出不穷。层间防火设计向来是超高层建筑消防安全设计的重难点，特别是大于250m的超高层建筑，火灾危险性相较于普通超高层明显增加。由于外立面通常为玻璃幕墙，大部分幕墙建筑存在空腔结构，这些空腔上下贯通，在火灾发生时会产生烟囱效应，如不采取一定的分隔措施，会加剧火势在水平方向和竖向的迅速蔓延，导致建筑整体着火，难以实施扑救^[1]。因此，研究超高层建筑层间开口之间的防火构造设计具有重要意义。

一、设计规范要求解读

根据我国现行规范GB50016-2014《建筑设计防火规范》（2018年版）（以下简称《建规》）6.2.5除本规范另有规定外，建筑外墙上、下层开口之间应设置高度不小于1.2m的实体墙或挑出宽度不小于1.0m、长度不小于开口宽度的防火挑檐；当室内设置自动喷水灭火系统时，上、下层开口之间的实体墙高度不应小于0.8m。当上、下层开口之间设置实体墙确有困难时，可设置防火玻璃墙，但高层建筑防火玻璃墙的耐火完整性不应低于1.00h，多层建筑防火玻璃墙的耐火完整性不应低于0.50h^[2]。6.2.6建筑幕墙应在每层楼板外沿处采取符合本规范第6.2.5条规定的防火措施，幕墙与每层楼板、隔墙处的缝隙应采用防火封堵材料封堵。

高度大于250m以上建筑执行《建筑高度大于250米民用建筑防火设计加强性技术要求（试行）》（以下简称《加强性技术要求》）第九条，在建筑外墙上、下层开口之间应设置高度不小于1.5m的不燃性实体墙，在楼板上的高度不应小于0.6m；当采用防火挑檐替代时，防火挑檐的出挑宽度不应小于1.0m、长度不应小于开口的宽度两侧各延长0.5m^[3]。鉴于设置防火挑檐的设计不常用且一般无设计争议，本文仅探讨250m以上超高层上下层开口之间墙体及封堵构造措施。

普通建筑的层间防火实体墙要求为1.2m（设自喷时为0.8m），缝隙处应采用防火封堵材料封堵，以上为建筑层间防止火灾蔓延的构造基本要求和措施。因250m以上建筑相较于普通建筑火灾危险性增大，因此《加强性技术要求》在《建规》的基础上对层间开口的防护高度要求由1.2m增加至1.5m，并且楼板上方的高度要求不小于0.6m，以进一步加强层间防火措施。

层间防火构造分为两部分，即板上构造及板下构造，大于250m的超高层建筑要求板上不小于0.6m。在实际工程中，一般为了保证室内效果的通透性，板上高度一般不会超过0.6m，板下高度要求至少为0.9m。如果边梁高度大于0.9m，通常利用结构梁作为层间防火的实体墙。然而，仍然存在大量边梁高度不足0.9m或者梁距离幕墙尺寸过大的工程案例。在这种情况下，楼板下方层间开口防火构造的设计往往具有争议。9r5Wdciyv973/mAVSyPzNg==争议点在于各地专家、图审单位对于《加强性技术要求》中的“不燃性实体墙”有不同的理解和审查尺度。总体来说，楼板下方层间防火构造做法一般有利用结构边梁和下挂轻质复合墙体两大类做法。

二、层间防火—楼板下方构造做法

（一）利用结构边梁

利用建筑本身的结构边梁作为楼板下方的层间“不燃性实体墙”是最常见、最经济可靠的做法。0.9m的结构边梁加上楼板上方0.6m高的反坎，能满足层间防火构造1.5m不燃性实体墙的要求，只需要完善缝隙的封堵构造就能保证层间防火措施的可靠性。

某项目（图1）从结构板面算起，楼板下方层间防火实体墙利用楼板厚度及结构钢梁本身的高度，总高度为0.9m，楼板上方反坎的高度为0.6m，总高度达到1.5m。

（二）轻质复合墙板下挂

1.一般做法

在实际项目中，通常存在结构梁距离幕墙内边较远或者梁高度不足的情况，在专家或者图审允许的情况下，在结构板边下挂轻质复合墙板墙裙作为层间防火分隔构造也是常见的做法。轻质复合板墙裙构造为防火棉+防火板包裹，耐火极限须达到1.0h，现场安装前提供该防火墙裙整体构件的检验报告。具体设计可参考《建规》附录附表1中满足耐火极限1h的复合墙体，其构造可参考国家建筑标准设计图集07J905-1防火建筑构造（一）11页及类似措施。例如，在某项目中，办公主体塔楼结构边梁距离幕墙边较远，无法利用结构边梁作为层间防火的下方实体墙，在结构板边另设轻质复合墙板，自楼板上沿起总高1.5m，构造为防火棉+纤维增强硅酸钙板包裹（图2、图3）。

对于有结构边梁但结构边梁高度不足的情况，只需在钢梁下部下挂复合墙板，补足下方高度的不足即可。例如，深圳福田湾区智慧广场项目，边梁高度约为350mm，边梁下下挂高度为400mm的钢面石膏复合板，结构板上设600mm高砌体墙，结构板下高度总共为900mm，共同组合为层间防火构造的下方实体墙（图4）^[4]。图4 钢梁与下挂复合墙板共同组合

2.加强做法

随着对于超高层建筑高度的控制以及超高层相关规范和制度的完善，超高层消防审查力度日趋严格，对于高度大于250m的超高层建筑，因其防火设计要求远高于一般建筑，消防专家或图审机构可能会对利用轻质复合墙体作为层间防火“实体墙”的做法提出质疑。轻质复合墙体本身虽然从防火性能上能达到相应耐火极限要求，但因其与主体结构是通过二次连接的方式固定在楼板或梁下，在火灾高温时与主体连接的可靠度及牢固度是专家的质疑点。在苏州某超高层项目中，为加强连接的可靠度，在构造上创新性地采用了钢方管焊接固定的方式，确保在火灾时绝对可靠，该构造措施已通过消防专项评审会的审核，具体构造措施如图5。楼板底部设置预埋件，间距不大于1800mm；竖向50×30×4（mm）方钢管焊接于楼板底部预埋件；竖向50×30×4（mm）方钢管悬挑端焊接200×100×4（mm）钢托板；将防火成品下挂板放置于钢托板；通过不锈钢自攻钉将防火成品下挂板挂耳固定于竖向50×30×4（mm）方钢管外侧；拼缝处防火密封胶封堵；外露钢件喷防火漆。

三、层间防火—楼板上方构造做法

（一）材料选择

《加强性技术要求》中第九条，楼板上方的高度要求不小于0.6m。楼板上方防火反坎一般材料可选用砌块、现浇混凝土或ALC板等，不同的材料选择各有利弊。若项目为混凝土结构，在楼板上方直接现浇0.6m高的反坎作为层间防火上方实体墙是最可靠、最经济的方式，施工也相对方便快捷。通常大于250m的超高层建筑多为钢结构，若从叠合楼板上直接现浇0.6m高反坎对结构受力及施工便捷性来说都不合理，因此一般钢结构建筑的板上防火反坎采用砌体砌筑或者ALC板拼接的方式。砌体砌筑具有材料易得、经济实惠等特点，由于现场存在湿作业、速度慢等问题，部分施工不推荐采用。ALC板具有模数化、快速施工等特点，是层间防火楼板上方构造的最常用材料。

（二）ALC板构造处理

对于ALC板构造，以江苏省标图集—苏G29-2019《轻质内隔墙构造图集》为例，要求墙板安装长度超过6m时，应增加构造柱，构造柱可采用方钢柱、H型钢柱或钢筋混凝土柱。对于顶部，因其为自由端，规范要求做角钢、槽钢或配筋混凝土压顶，压顶与主体结构应牢固连接，所有外露铁件均应做防锈处理。墙板顶部压顶做法如图6^[5]。

对于幕墙预埋件顶埋的情况，预埋件会凸出混凝土楼板上方，与成品ALC板会存在冲突，一般的处理方法是根据幕墙分隔尺寸及预埋件尺寸预留洞口，等幕墙施工完成后浇筑。下图所示为某项目层间防火上沿ALC板的预留洞设计，按幕墙分格尺寸A均匀预留400×150的洞口，以上在工厂批量加工完成，现场直接组装，待幕墙施工完成后浇筑封堵洞口（图7）。

（三）反坎结合护窗栏杆

层间防火板上的反坎高度对于室内空间效果的通透性有一定影响。部分项目转变思路，将规范壁垒转化为设计可利用的条件，将塔楼的防火反坎与幕墙护窗栏杆的需求结合起来进行设计。规范要求护窗栏杆高度不小于0.8m，将板上反坎高度调整至面层上方尺寸不小于0.8m（大于防火规范0.6m要求），加上梁高约0.8m，建筑外墙上下开口之间设置高度不小于1.5m的不燃性实体墙，既可解决消防问题，又可兼顾防护安全。

四、层间封堵构造

对于外立面为玻璃幕墙的建筑，除了层间设实体墙的防火措施外，《建规》6.2.6条还要求幕墙与每层楼板、隔墙处的缝隙应采用防火封堵材料封堵。本条规定了建筑幕墙应采取防火构造措施的原则和要求以阻止火灾通过幕墙空腔在建筑上下层间蔓延^[6]。封堵填充材料常用玻璃棉、硅酸铝棉等不燃材料。在实际工程中，因受震动和温差影响存在脱落、开裂等问题，因此规定幕墙与每层楼板、隔墙处的缝隙要采用具有一定弹性和防火性能的材料填塞密实。根据《GB/T51410-2020：建筑防火封堵应用技术标准》，封堵厚度不应小于200mm。

对于封堵的构造，《建筑幕墙防火技术规程》中要求矿物棉的密度不应小于80kg/m³；楼面处幕墙防火封堵构造应采用1.5mm厚镀锌钢板作为承托板^[7]；梁底处幕墙防火封堵构造系统悬挑长度大于300mm时，应采用与主体结构固定的独立钢架支撑的幕墙防火封堵构造（图8、图10），悬挑小于300mm时，可采用镀锌钢板作为承托板；承托板与幕墙及主体结构的缝隙应采用防火封堵材料进行密封（图9、图11）；上层矿物棉的上表面宜覆盖具有弹性的防火封堵材料。

在实际工程案例中，封堵构造悬挑大于300mm的构造，因独立钢架支撑，需要相应的构造措施以确保设计及施工的可靠性。推荐安装流程工艺如下：安装竖向龙骨用以支撑防火板板面（龙骨可选用镀锌角钢或轻钢龙骨）；龙骨与结构需要使用紧固件可靠固定，另一端根据工程结构及玻璃幕墙具体安装方法进行固定；防火板板面横向龙骨间距不应大于400mm，保证板面在长时间使用过程中不出现弯曲，紧固件不建议使用沉头自攻螺钉，应采用盘头自攻自转螺钉加大垫片；转角处龙骨横向布置，不应大于300mm，固定板材时，螺钉距板材边缘距离不应小于10mm；防火板与防火板之间应留有不小于8mm的变形缝隙，缝隙处使用防火密封胶密封。因防火板耐火极限较高，部分项目在防火板上方未使用防火棉。由于大于250m的超高层建筑火灾危险性大，从安全角度出发，建议在防火板上设200mm厚防火棉作为封堵。

结语

大于250m的超高层层间消防隔断设计是超高层建筑消防安全设计的重点^[8]。通过前文解析，要实现安全高效的层间防火设计，需注意以下几点。第一，深入理解规范以及防火措施的原理，了解不同情况下层间防火及封堵构造做法和常用设计方法；第二，把握材料特性及施工现场的实际做法，结合项目特征提出可行性措施并加以验证；第三，重视每个项目的经验总结，积累消防评审会特殊消防设计经验，举一反三。建筑师应坚持“适用、安全、经济”原则，不断提升自身业务能力，并重视理论与实践相结合，才能使超高层层间防火设计更完善、更可靠。

参考文献

[1]王宗存.新《建筑设计防火规范》解读[J].中国建筑防水，2015（08）：51-53.

[2]公安部天津消防研究所.建筑设计防火规范（2018年版）：GB50016-2014[S].中国计划出版社，2018.

[3]公安部消防局.关于印发《建筑高度大于250米民用建筑防火设计加强性技术要求（试行）》的通知[S].2018.

[4]张一莉.复杂建筑消防设计[M].中国建筑工业出版社，2022.

[5]南京市建筑设计研究院有限责任公司，江苏省住房和城乡建设厅科技发展中心.轻质内隔墙构造图集苏G29-2019[S].江苏凤凰科学技术出版社，2019.

[6]倪兆鹏，刘激扬，张鑫.《建筑设计防火规范》GB50016-2014（2018年版）实施指南[M].中国计划出版社，2020.

[7]应急管理部四川消防研究所.建筑幕墙防火技术规程：T/CECS806-2021[S].中国计划出版社，2021.

[8]袁青，邬红茹，彭磊，等.超高层建筑层间消防隔断设计与研究[J].设计与研究，2019（06）：126-127.