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