1、轻钢结构厂房的防火设计摘要：轻钢结构建筑具有较多的优点，如建设周期短、造价低、结构自重小、强度高可作大跨度、外观造型美观、材料可再生利用、施工环境好、建筑造型现代感强等，因此在现代民用和工厂建设中得到越来越多的采用。轻钢结构耐火等级低，要满足大空间、大跨度厂房的使用要求，建筑内部除了必须划分成很多防火分区间外，还必须对结构部件采用防火保护，因此防火设计是轻钢结构厂房设计的重要环节。本文首先分析了钢结构建筑的火灾特点，然后分别从耐火等级的确定，防火分区和耐火保护几方面详细探讨了轻钢结构厂房的防火设计要点。 关键词：轻钢结构；厂房；防火；耐火等级；独立水幕 Abstract: light stee
2、l structure building has many advantages, such as short construction period, low cost, small weight, high intensity for a long-span, aesthetically pleasing appearance, using of renewable materials, good construction environment and architectural modelling of contemporary feeling, therefore in the co
3、nstruction of modern civil and factories to get more and more adopted. Light steel structure fire resistance rating is low, to meet the demand of large space, large span workshop, building besides must be divided into many fire partition between, is used for the structural members must also fire pro
4、tection, fire protection design is therefore an important part of the light steel structure workshop design. This article first analyses the characteristics of steel structure building fire, and then separately from the determination of fire resistance rating fire compartment and fire protection of
5、light steel structure workshop is discussed in detail from the aspect of fire prevention design points. Key words: light steel structure; Workshop; Fire prevention; Fire resistance rating; Independent water curtain 中图分类号：TU27 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2013) 钢结构建筑的火灾特点 钢结构建筑的梁、柱、屋架是建筑的骨架，它的安全性直接关系到整幢建筑的
6、安全，它们大都采用钢材，钢材虽然是不燃材料，但其耐火性能很差，随着温度的变化，其力学指标会发生很大的改变，承载力和平衡稳定性会随温度升高而大幅度下降。钢结构在温度达到 350、500和 600时，其强度分别下降 1/3、1/2 和 2/3，在高温条件下其内部应力也会发生改变，使钢结构承重体系出现问题，按理论计算，在全负荷下，钢结构失去平衡稳定性的临界温度为 500，一般火场温度都在8001000左右，在这样的高温条件下，无任何保护的钢结构很快就会出现塑性变形，大约 15 分钟内就会倒塌。911 事件中，美国纽约的世界贸易大厦在恐怖袭击中倒塌，导致 300 多名消防队员无辜丧生。飞机满载燃油撞击
7、大楼后，造成大楼承重的钢结构筒体的保护层被破坏，在强烈的高温作用下，钢结构筒体承载强度迅速下降，短短 20 分钟后这个世界上最著名建筑就消失在我们面前。 这个火灾案例暴露出了钢结构建筑存在的一个致命弱点就是耐火性极差，这就给我们广大建筑设计人员提出了一个新的课题，怎样才能做好钢结构建筑的防火设计，使钢结构建筑更好地服务于我们的经济建设。轻钢结构厂房耐火等级的确定 根据建筑物的火灾危险性和重要性，在建筑设计防火规范的限定范围内合理确定建筑的耐火等级。耐火等级的确定，与建筑的功能要求、防火分区大小、建筑防火设施的配置类别、建筑的经济指标等有着密切的关系。各种厂房建筑由于其使用功能要求和重要程度的不
8、同，火灾危险性存在差异，设计时要根据业主提供的建筑使用功能要求，根据建筑设计防火规范的要求，确定建筑物的火灾危险性（生产类别） ，进而经过综合比较后，确定建筑的耐火等级。耐火等级的高低，与建筑使用功能、建筑造价密切相关。若不加比较的将建筑耐火等级定得过高，虽然大面积大空间的使用功能得到保证，但花费在钢结构的保护和消防设施上的费用很高，建筑经济性得不到保证；反之，则大面积的建筑需要分成若干个面积较小的消防单元（防火分区间） ，由于防火分隔的出现，势必影响工艺流程设备的布置和流畅（况且各种防火分隔在厂房建筑中的实际实施存在着各不相同的困难，后述） 。因此，合理确定建筑的耐火等级，直接影响钢结构厂房
9、的使用功能和建筑的经济性，也就直接影响采用钢结构的优越性。 根据建筑设计防火规范 ，单层工业厂房中无保护的钢柱、梁或屋架的耐火时间均为 0.25 小时，建筑物的耐火等级连四级也达不到，不能满足建筑消防安全标准的要求，是不能直接使用的。只有对建筑的钢柱、梁或屋架等承重构件实施有效的防火保护，适度提高建筑的耐火等级后，方能在其耐火时间限定的相应耐火等级的厂房建筑中使用。众所周知，单层厂房，大多是大跨度、大空间、室内无分隔而通透，为了有效地把火灾控制在较小的范围内， 建筑设计防火规范要求在建筑内设置防火分区，并明文规定各级耐火等级建筑的防火分区的最大面积。目前大多数单层厂房建筑面积一般都超过 500
10、0m2，按规范要求，按最低生产类别为戊类、耐火等级定为四级假定，规范允许的最大防火分区面积为1500m2，则这么大面积的厂房，至少要分四个防火分区。当然，可以提高建筑的耐火等级，可以扩大每个分区的面积，减少防火分区的数量。但提高建筑的耐火等级后，花费在结构上的防火保护费用也就极大地增加；有的建筑类型，在分区面积扩大到一定的程度，需要增设自动喷水灭火系统等，增加建筑造价。因此，在耐火等级的确定上，应以适用、安全、经济为选择时考虑的因素。 三、轻钢结构工业厂房的防火分区 现代工业要求的厂房常是大空间、大跨度、通透的。为有效地把火灾控制在较小范围内， 建筑设计防火规范要求在建筑物内划分防火分区，并明
11、文规定了各级防火分区的最大允许面积。现代轻钢厂房的占地面积通常较大，如中密度纤维板厂主车间的建筑面积一般都超过 5000 平方米，而规范允许的分区面积为 3000 平方米( 生产类别为丙类，采取防火涂层保护后，耐火等级按三级考虑) ，因此应做防火分区的分隔。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、防火卷帘加水幕都可以较好的解决，若建筑内设有自动喷水灭火设备，每层最大允许建筑面积还可增加一倍。但若试图把这些技术措施平移到大面积的轻钢结构厂房，就会遇到问题。 1、防火墙与防火分区 因成套设备生产线的工艺要求，不可能用防火墙把厂房一分两半，这样截断了
12、连贯的生产线设备，也不利于物料及半成品、成品的运输。而且，从生产管理的角度，业主也不会接受这样的方案。 2、防火卷帘与防火分区 民用建筑中通用的防火门与防火卷帘，在面对大跨度的轻钢厂房时，也不很合适。如某刨花板车间，单跨达 36 米，如何定制这样大跨度的防火卷帘呢，这样的卷帘，因跨度太大，在收放时很难控制，容易卡在滑槽里，且造价又高，工程实践中极少见。 3、自动喷水灭火与防火分区 能否在整个车间设自动喷水灭火装置，使允许的防火分区面积增加一倍，从而满足规范要求呢。这有两个问题: （1）单层轻钢结构车间的高度大多超过 8 米，而根据自动喷灭火系统设计规范 ，超过 8 米的大空间建筑物，安装闭式喷
13、头的作用就不大了。 （2）有的丙类三级单层轻钢车间面积达 9000 平方米，需分三个防火分区，若全车间安装自喷，则防火分区允许的面积虽扩大一倍，但仍然不够( 安装自喷后，防火分区的允许面积从 3000 平方米扩大到 6000 平方米，但仍小于 9000 平方米) 。 4、独立水幕与防火分区 用独立的水幕作防火分隔，是现代钢结构厂房消防设计经常采用的方案，作一条防火水幕带，这种分隔方式很灵活，不像防火墙要把车间截成两半，也没有大跨度防火卷帘的麻烦，理论上多大的跨度都行，一般正常生产时，就好像它不存在，一旦有火灾需要防火分隔时，它可以立即实现有效分隔。 轻钢结构厂房的耐火保护 由于钢结构达不到规范
14、要求的耐火极限，需采取相应的耐火保护措施。轻钢结构主要采用三种保护方法：防火涂料、发泡防火漆和外包防火层。它们都是通过一定的技术手段来提高钢结构的耐火极限。 （一）防火涂料法 防火涂料法就是在钢结构上喷涂防火涂料以提高其耐火极限。目前，我国钢结构防火涂料主要分为薄涂型和厚涂型两类，即薄型(B 类，包括超薄型)和厚型(H 类)。薄型涂层厚度在 7mm 以下，在火灾时能吸热膨胀发泡，形成泡沫状炭化隔热层，从而阻止热量向钢结构传递，延缓钢结构温升，起到防火保护作用;厚型涂层厚度为 8-50mm，涂层受热不发泡，依靠其较低的导热率来延缓钢结构温升，起到防火保护作用。两者具有不同的性能特点，分别适用于不
15、同场合： 1、室内裸露钢结构、轻型屋盖钢结构及有装饰要求的钢结构，当规定耐火极限在 1.5h 及以下时，宜选用薄涂型钢结构防火涂料。 2、室内隐蔽钢结构、高层全钢结构及多层厂房钢结构，当规定其耐火极限在 1.5h 以上时，应选用厚涂型钢结构防火涂料。 （二）发泡防火漆法 防火漆是由成膜剂、阻燃剂、发泡剂等多种材料制造而成的一种阻燃涂料。防火漆与一般油漆相比，在物理性能方面基本一样，不同的是它干燥以后，漆膜本身不易燃烧，遇火时，能推迟火焰延烧到涂漆的可燃物上，具有一定的防火性能。据试验：将一般油漆与防火漆分别涂在木板上，干燥后，用同样的火焰烘烤，涂一般油漆的木板，不到 2 分钟就和油漆一道焦灼;
16、而涂非膨胀惰气型防火漆的木板，2 分钟后仅出现阴燃现象，静置 30 秒后立即熄灭;涂膨胀惰气型防火漆的木板，即使烘烤 15 分钟，连阴燃现象也未出现。由此可见，用防火漆涂于物体表面，一旦发生火灾，的确能在定时间里阻止火势蔓延，保护物体表面，从而为灭火战争取宝贵的时间。 （三）外包防火层法 外包防火层法就是在钢结构外表添加外包层，可以现浇成型，也可以采用喷涂法。现浇成型的实体混凝土外包层通常用钢丝网或钢筋来加强，以限制收缩裂缝，并保证外壳的强度。喷涂法可以在施工现场对钢结构表面涂抹砂泵以形成保护层，砂泵可以是石灰水泥或是石膏砂浆，也可以掺入珍珠岩或石棉。同时外包层也可以用珍珠岩、石棉、石膏或石棉
17、水泥、轻混凝土做成预制板，采用胶粘剂、钉子、螺栓固定在钢结构上。外包防火层法通常应用于钢柱。 结语 综上，轻钢结构工业厂房大量出现后，且因其构件的耐火等级较低，建筑面积又较大，火灾发生后造成的危害性相对较大，给我们的消防审核、监督工作带来新的挑战，如何做好轻钢结构厂房的消防安全工作，尽力找准经济性和安全性两者之间的平衡点，就要求我们消防设计人员在尊重规范的基础上多方面考虑问题，在分析比较中寻找出最佳的方案。参考文献 1杨重楠.钢铁冶金企业钢结构厂房的防火设计J.工业建筑，2005.12. 2张向阳.浅析轻钢结构厂房消防设计的几个问题J.安防科技，2009.10. 3GB50016-2006 建筑设计防火规范S.中国计划出版社，2006.
