物流倉庫砌體防火墻高厚比控制

郭振勇，劉開康，豐茂東

（1.中國中元國際工程有限公司，北京100089;2.大連都市發(fā)展設(shè)計有限公司，遼寧 大連116012）

物流倉庫砌體防火墻高厚比控制

郭振勇1，劉開康1，豐茂東2

（1.中國中元國際工程有限公司，北京100089;2.大連都市發(fā)展設(shè)計有限公司，遼寧 大連116012）

近年來，我國物流發(fā)展迅速，單層鋼結(jié)構(gòu)倉庫越來越多，取代了原有混凝土排架結(jié)構(gòu)，其防火墻仍在采用原有的砌體結(jié)構(gòu)。論文對物流倉庫防火墻常見的邊界條件進行歸類總結(jié)，并推導出規(guī)范未明確規(guī)定的邊界條件；根據(jù)界限高厚比計算出常用的防火墻材料、厚度適用的砌體高度，且簡要介紹了倉庫防火墻常用做法，可為同類工程提供參考。

防火墻；高厚比；倉庫

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.005

1 引言

近年來，隨著對外貿(mào)易往來頻繁和電商市場快速發(fā)展，大型跨國快遞公司及國內(nèi)電商紛紛在全國各大城市、機場周邊建立物流倉儲配送及分撥中心。物流業(yè)的快速發(fā)展帶動各地興建了大批規(guī)模龐大、使用功能單一、管理設(shè)施完善、運作服務專業(yè)的大型物流倉庫，這些倉庫占地面積巨大，庫內(nèi)往往需要布置防火墻來劃分防火分區(qū)以滿足《建筑防火設(shè)計規(guī)范》（GB50016—2014）的要求。其中硅酸鈣板輕質(zhì)隔墻、混凝土條板因造價昂貴、規(guī)格較少，而沒有砌體防火墻使用范圍廣泛。

在施工圖設(shè)計過程中，一般先由建筑專業(yè)按照耐火時間選擇砌體防火墻厚度和材質(zhì)，而結(jié)構(gòu)專業(yè)由于設(shè)計流程限制，前期介入較少,在歸檔日期臨近才發(fā)現(xiàn)不滿足規(guī)范高厚比要求，而且加構(gòu)造柱、圈梁、壁柱也不滿足規(guī)范要求，造成各個專業(yè)涉及修改圖紙較多，影響施工圖質(zhì)量和進度安排。本文從《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50003—2011）出發(fā)，對物流倉庫中常見的砌體防火墻進行探討，以期減少設(shè)計返工。

2 厚度、高度取值

物流倉庫一般采用鋼梁鋼柱，防火墻很少采用壁柱，厚度可按照實際厚度取值。

《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50003—2011）第6.1.1條注1指出，計算高度H0的取值應按本規(guī)范第5.1.3條采用。根據(jù)規(guī)范第5.1.3條確定防火墻計算高度時，可得出以下結(jié)論。

1）防火墻墻砌至鋼梁或其他水平支點

式中，H為自承重墻的高度。

2）防火墻上端為自由端

3）防火墻四邊與主體鋼柱、鋼梁拉結(jié)[1]

當s＞2H時（s為橫墻問題），認為橫向的聯(lián)系不起作用，取H0=H；

當s≤H時，可以認為是橫向聯(lián)系的距離起控制作用，取H0=0.6s；

當2H≥s＞H時，高度方向與橫向共同起作用，取H0=0.4s+0.2H。

4）防火墻一側(cè)與鋼柱拉結(jié)，另一側(cè)自由，上端與鋼梁拉結(jié)，規(guī)范對此無明確規(guī)定，可按照如下取值[2]：

當H≥3s時，取H0=1.5H；

當s≤H＜3s時，取H0=（1.25-0.25H/s）H；

當H≤s時，取H0=H。

5）防火墻兩側(cè)與鋼柱拉結(jié)，上端是自由端

規(guī)范對此無明確規(guī)定，可根據(jù)薄板軸心受壓彈性穩(wěn)定理論計算取值。用能量法求出板三邊鉸接、一邊自由（如圖1所示）在微彎狀態(tài)時的總勢能為：

圖1 均勻受壓的三邊簡支板

取壓屈后的撓度曲線為：

此函數(shù)符合幾何邊界條件，當y=0和y=b時，ω=0；當x=0時，ω=0；當x=a時，ω≠0。由式（2）可得出：

將式（3a）～式(3e)代入式（1）中，經(jīng)過積分可得出：

當m=1時，可以得到px的最小值，采用v=0.15[3]，可得到板的屈曲荷載為；

從式（6）可以看出，高度計算系數(shù)為：

3 防火墻基本參數(shù)取值

選擇工程中常采用的加氣混凝土砌塊、蒸壓灰砂磚，厚度根據(jù)耐火時間不小于4h選用200mm、240mm、250mm 3種規(guī)格，砂漿等級選用M5.0或M7.5，分別進行討論。

修正系數(shù)μ1按照表1取值。

表1 μ1修正系數(shù)

修正系數(shù)μ2與門窗洞口有關(guān)，極限情況按表2取值。

表2 修正系數(shù)

4 防火墻高厚比驗算

4.1 普通防火墻允許計算高度

按照《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB 50003—2011）中公式（6.1.1）中規(guī)定，依據(jù)表6.1.1，可得出表3中防火墻允許計算高度。特別指出的是，對于上端為自由端的自承重墻，還應綜合考慮防火墻的計算高度。

表3 普通防火墻允許計算高度

由表3可以得出，普通防火墻的允許計算高度均不超過7.5m，工程中最常見的M5.0,200mm厚加氣混凝土砌塊和蒸壓灰砂磚高度不能超過6.144m。同一般思維定式有差異的是，從計算結(jié)果來看，250mm厚的加氣混凝土砌塊不如200mm厚的加氣混凝土砌塊穩(wěn)定。

根據(jù)《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50003—2011）第6.1.1條注2的規(guī)定，可以得出，以前常見的6m柱距混凝土排架結(jié)構(gòu)的無洞口圍護外墻高度不受高厚比限制。

4.2 考慮構(gòu)造柱作用時的防火墻

根據(jù)《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50003—2011）第6.1.2.2條，有構(gòu)造柱時，墻的允許高厚比[β]可乘以修正系數(shù)μc，可按式(7)計算：

物流倉庫柱距一般為8m或9m，8m柱距構(gòu)造柱間距選用4m，9m柱距構(gòu)造柱間距選用3m，構(gòu)造柱寬度選取300mm、500mm兩種。可得出表4中允許高厚比增大系數(shù)。

表4 允許高厚比增大系數(shù)

當構(gòu)造柱寬度取500mm，間距3m，且采用蒸壓灰砂磚時，這已經(jīng)是比較密集的構(gòu)造柱設(shè)置，僅能使防火墻允許計算高度提高25%。按照常用的3m間距，300mm寬構(gòu)造柱做法，允許計算高度見表5。

4.3 圈梁的作用

表5 帶構(gòu)造柱防火墻允許計算高度

對于《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50003—2011）第6.1.2.3條，實際設(shè)計過程中不同設(shè)計師有不同解讀。這里需要明確的是第6.1.2.1條是“驗算帶壁柱墻的高厚比”；第6.1.2.2條是“驗算帶構(gòu)造柱墻的高厚比”；第6.1.2.3條是“驗算壁柱間墻或構(gòu)造柱間墻的高厚比”，圈梁只能作為構(gòu)造柱間墻體的平面外不動鉸支點，不能作為整個帶構(gòu)造柱墻的承載力和高厚比計算的不動鉸支點[4]。

規(guī)范的條文應該按照下列順序解讀：

“帶壁柱墻”或“帶構(gòu)造柱墻”要滿足規(guī)范第6.1.2.1和第6.1.2.2的高厚比要求；

滿足要求后，“壁柱”或“構(gòu)造柱”已能視為“壁柱間墻”或“構(gòu)造柱間墻”的側(cè)向支點；

如果此時“壁柱間墻”或“構(gòu)造柱間墻”的局部穩(wěn)定還不能滿足規(guī)范要求，可以通過設(shè)圈梁來解決問題，“此時s應取相鄰壁柱間或相鄰構(gòu)造柱間的距離”，只要上下圈梁間的距離能滿足“壁柱間墻”或“構(gòu)造柱間墻”的高厚比要求即可。

5 物流倉庫防火墻構(gòu)造

物流倉庫防火墻位置有兩種，一種是位于邊柱的縱向防火墻，s間距取值為邊柱柱距，為三面鉸接，頂端自由的邊界，如本文第2節(jié)5）中布置；另一種是剛架方向的橫向防火墻，剛架跨度方向一般為24m、27m和30m，中間通常會設(shè)置抗風柱來減小s間距，頂端有自由和鉸接兩種處理方式，自由端處理常用在高度較高時，下部砌體結(jié)構(gòu)、上部硅酸鈣板隔墻，鉸接端處理常用在倉庫高度不高時。

鉸接端的構(gòu)造思路如下：

當墻正處于鋼梁的下方時，可以在鋼屋架或主鋼梁的下方，采用在墻的兩側(cè)用夾鋼板的形式來約束墻頂端側(cè)向位移的方式。需要注意兩點，一是約束位置，二是約束方式。約束位置：鋼屋架在下弦節(jié)點處，該節(jié)點處有垂直支撐或有與垂直支撐相連的水平系桿；主鋼梁在設(shè)隅撐處。約束方式：限制墻的側(cè)向位移，不限制鋼屋架或主鋼梁的豎向位移。

當墻不處于鋼梁的下方但相互平行時，可以在垂直于鋼屋架或主鋼梁的方向設(shè)置鋼梁，在此鋼梁的下方與墻相交處設(shè)置上述約束，該鋼梁應設(shè)置在設(shè)隅撐處。防火墻兩側(cè)屋面需布置水平支撐增強屋面剛度。

當墻不處于鋼梁的下方且相互垂直時，可直接在鋼梁的下方設(shè)置上述約束。

6 結(jié)語

物流倉庫防火墻的穩(wěn)定設(shè)計問題，很容易在設(shè)計過程中忽略，本文在推導物流倉庫中防火墻常見的邊界條件有效計算高度系數(shù)的基礎(chǔ)上，對常用的防火墻厚度和材質(zhì)適用高度進行了計算，設(shè)計人員可以在前期設(shè)計中很快對防火墻高度進行復核驗算。

【1】GB 50003—2011砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

【2】吳隆恩.三邊拉結(jié)墻的計算高度[J].建筑結(jié)構(gòu),1988(2):31-33.

【3】侯汝欣.磚砌體泊松系數(shù)μ值的初步試驗研究[J].建筑結(jié)構(gòu),1982 (6):25-28.

【4】施楚賢,施宇紅.砌體結(jié)構(gòu)疑難釋義（第三版）[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2004.

High ThicknessRatioControl of theFirewall in the LogisticsWarehouse

GUO Zhen-yong1,LIU Kai-kang1,FENGMao-dong2
(1.ChinaIPPRinternationalengineeringCo.Ltd.,Beijing 100089,China; 2.DalianUrbanDevelopmentDesignCo.Ltd.,Dalian116012,China)

Inrecentyears,therapiddevelopmentofChina'slogistics,monolayersteelstructurewarehousearebecomingmore andmore,replacingtheoriginalconcretebentframesystem.Thefirewallisstillintheoriginalmasonrystructure.Inthispaper, thecommonboundaryconditionsoffirewallinthelogisticswarehouseareclassifiedandsummarized,andderivetheboundary conditions that the standard don't clearly defined;according to the limits of the high thickness ratio,the masonry height is calculated from common firewall materials,and introduce brieflythe common practice of the warehouse firewall,provide a referenceforthesimilarengineering.

firewall;highthicknessratio;warehouse

TU352.5;TU249

A

1007-9467（2016）07-0036-03

2016-01-05

郭振勇（1986～），男，河南安陽人，工程師，從事結(jié)構(gòu)工程設(shè)計與研究，（電子信箱）gzhy1986@126.com。