轻钢结构厂房的消防设计

2005年12月14日 13:34:44

2楼

轻钢结构建筑作工业厂房具有较多的优点，如建设周期短、造价低、可作大跨度、造型美观、现代感强等，因此在现代工厂设计中得到越来越多的采用。然而，轻钢结构建筑耐火等级较低，大空间、大跨度厂房对防火分区又提出新的要求，这些问题有的可以采取技术措施解决，有的还没有完美的解决方案。现根据本人的设计实践，就上述设计问题进行初步探讨:

1、轻钢结构工业厂房的耐火等级

　　轻钢结构厂房的承重构件一般为钢柱、网架，建筑外表面覆以彩色铝锌钢板或镀铝锌钢板等。根据<<建筑设计防火规范>>，其柱、梁的耐火时间均为0.25～0.5小时，建筑物的耐火等级仅为四级(耐火等级较低)。以我院经常设计的中密度纤维板厂或家具厂单层轻钢结构厂房为例，其生产类别为丙类，规范要求的最低耐火等级为三级，这样，轻钢结构厂房就不够资格作丙类厂房。
　　解决的方法，可在柱、梁表面覆以1.5厘米厚的LG防火隔热涂料或2厘米厚的LY防火隔热涂料保护层，其耐火时间可达1.5～2.3小时，这样，建筑物的耐火等级可按三级考虑，满足规范要求，但应注意，应要求轻钢结构厂家在作结构计算时考虑防火涂层的重量。

2、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。为有效的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，并明文规定了各级防火分区的最大允许面积。现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)，因此应作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。

2.1. 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。

2.2. 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(我没遇过)。

2.3. 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远超过8米，而根据<<自动喷灭火系统设计规范>>第4.3.2条，超过8米的大空间建筑物，安装闭式喷头的作用就不大了。
　　<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)。

2.4.独立水幕与防火分区

　　用独立的水幕作防火分隔，是我院经常采用的方案，作一条防火水幕带，区域宽5米，流量2升/秒米。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。但是，单独水幕作防火分隔也有三大难题：
　　<1>. 需水量太大，水池造价高。仍以跨度36米计算，水幕供水量为2升/秒米，按消防历时2小时考虑，则水幕贮水量应为518立方米，再加上室内外消火栓的贮水量，则消防水池的造价较高。
　　<2>. 水幕启动时，大量的水突然喷泄而下，会对昂贵的生产设备造成较大的损失。如果车间内发生了局部较小的火灾，几支灭火器加一支水枪就能解决，此时冒然启动水幕防火分隔，则也许水幕的大水造成的损失会比局部火灾的损失更大。因此需严格掌握水幕的启动时机。它只适于火势烧了半个车间，并有蔓延之势时启动。为防止误动作造成损失，我院设计的车间水幕，大多采用人工手动启动，因为通常只依靠几个闭式喷头来启动水幕的方式在这里不可靠。
　　<3>.有效维护麻烦，没有办法试水，来检验水幕系统可靠性。理论上，如果车间建造安装时，先安装消防设施，再安装生产设备，则有机会在水幕安装完毕，但生产设备还末安装时，让水幕试水。但是，在工程实践中，为早日投产，大多把生产设备当作第一重要，一到货立即安装，消防设施都排在了后面。那么，在水幕安装完毕后，大家将永不知道它的实际喷水情况如何(除非发生大火灾，才有机会一试)，但如果平时无法试水维护，在关键时刻水幕工作不正常怎么办。
　　试水的问题只好在技术上近似解决，在设计时，消防泵房水幕泵的出水管上可设试水管及试水阀门，利于平时检验水幕泵的工作状态。但车间上方的水幕管与水幕喷头是否阻塞，喷水是否均匀，就无法测试了。

2.5. 另类解决方案

　　对于防火分区，还有一个另类解决方案，这里提出来，看各位同行有什么看法。根据<<建筑设计防火规范>>第3.3.1条，四级耐火等级厂房之间的防火间距为18米，依此类推，如在生产类别为丙类，耐火等级为三级的轻钢结构单层厂房内部设一区域宽18米的防火隔离带，在隔离带里没有可燃物，理论上，是否可看作有效的防火分隔呢?
　　实际设计中，可以控制隔离带里可以没有堆放生产原料、半成品等可燃物，但肯定有生产线的设备，而设备的橡胶传送带是可燃的，传送带上的原料或半成品也是可燃的，不过，传送带可以在有火灾时停下来，可燃物不多，一支水枪可有效封锁，那么，上述的这样一个隔离带究竟算不算防火分区的有效分隔呢。
　　规范没有明文规定算或不算，按惯例，此类情况需与当地的消防审批部门协商，解释理由，共同研究，不过我至今没有能够在设计中实施过。

3. 总结

　　综上所述，因轻钢结构工业厂房的耐火等级较低，相应的允许防火分区面积也较低，但现代工业厂房又不允许硬性分隔，而采用独立水幕的方式虽可行，但不理想，我们仍需在设计中不断探索，尽力找出更好的方案。新的建筑技术的应用，给我们的消防设计带来新的挑战，设计人员需多方面考虑问题，在分析比较中寻找更合适的方案。

kiamartin

2005年12月14日 14:13:31

3楼

另：

钢材是一种不会燃烧的建筑材料，它具有抗震、抗弯等特性。在实际应用中，钢材既可以相对增加建筑物的荷载能力，也可以满足建筑设计美感造型的需要，还避免了混凝土等建筑材料不能弯曲、拉伸的缺陷，因此钢材受到了建筑行业的青睐，单层、多层、摩天大楼，厂房、库房、候车室、候机厅等采用钢材都很普遍。但是，钢材作为建筑材料在防火方面又存在一些难以避免的缺陷，它的机械性能，如屈服点、抗拉及弹性模量等均会因温度的升高而急剧下降。
钢结构通常在450～650℃温度中就会失去承载能力，发生很大的形变，导致钢柱、钢梁弯曲，结果因过大的形变而不能继续使用，一般不加保护的钢结构的耐火极限为15分钟左右。这一时间的长短还与构件吸热的速度有关。
要使钢结构材料在实际应用中克服防火方面的不足，必须进行防火处理，其目的就是将钢结构的耐火极限提高到设计规范规定的极限范围。防止钢结构在火灾中迅速升温发生形变塌落，其措施是多种多样的，关键是要根据不同情况采取不同方法，如采用绝热、耐火材料阻隔火焰直接灼烧钢结构，降低热量传递的速度推迟钢结构温升、强度变弱的时间等。但无论采取何种方法，其原理是一致的。下面介绍几种不同钢结构的防火保护措施。
一、外包层。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。
二、充水(水套)。空心型钢结构内充水是抵御火灾最有效的防护措施。这种方法能使钢结构在火灾中保持较低的温度，水在钢结构内循环，吸收材料本身受热的热量。受热的水经冷却后可以进行再循环，或由管道引入凉水来取代受热的水。
三、屏蔽。钢结构设置在耐火材料组成的墙体或顶棚内，或将构件包藏在两片墙之间的空隙里，只要增加少许耐火材料或不增加即能达到防火的目的。这是一种最为经济的防火方法。
四、膨胀材料。采用钢结构防火涂料保护构件，这种方法具有防火隔热性能好、施工不受钢结构几何形体限制等优点，一般不需要添加辅助设施，且涂层质量轻，还有一定的美观装饰作用，属于现代的先进防火技术措施。
　　目前，高层钢结构建筑日趋增多，尤其是一些超高层建筑，采用钢结构材料更为广泛。高层建筑一旦发生火灾事故，火不是在短时间内就能扑灭的，这就要求我们在建筑设计时，加大对建筑材料的防火保护，以增强其耐火极限，并在建筑内部制订必要的应急方案，以减少人员伤亡和财产损失。