汽車工業(yè)廠房鋼結(jié)構(gòu)防火探討

蘇雅雯，段瀟川，楊川，劉御，童霞

（東風(fēng)設(shè)計研究院有限公司，武漢430056）

1 引言

鋼結(jié)構(gòu)具有施工周期短、延性好、裝配化程度高、跨度大等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)廠房中得到了廣泛的應(yīng)用。目前，鋼結(jié)構(gòu)最常用的抗火措施就是涂刷防火涂料。早在19 世紀(jì)30 年代，國外就對鋼結(jié)構(gòu)防火涂料進(jìn)行研究并取得了較好的成果。20 世紀(jì)80 年代初，國外鋼結(jié)構(gòu)防火涂料開始進(jìn)入中國市場，并在工程中應(yīng)用。自此，中國也開始研制鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。雖然我國起步晚，但發(fā)展速度較快，至今已有許多優(yōu)秀的產(chǎn)品應(yīng)用在各個行業(yè)。

汽車工業(yè)廠房中最重要的4 個工藝車間，分別是沖壓、焊裝、涂裝、總裝車間。以往，設(shè)計師都是按照耐火試驗選取防火涂料厚度，但自從新的鋼結(jié)構(gòu)防火規(guī)范頒布，防火設(shè)計有了計算依據(jù)。圖1 和圖2 是汽車廠房鋼柱涂刷非膨脹型防火涂料的效果，表面顏色跟混凝土顏色接近，呈浮雕感。

2 屋面檁條

在GB 51249—2017《建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》（以下簡稱《鋼結(jié)構(gòu)防火規(guī)范》）頒布之前，鋼結(jié)構(gòu)防火、抗火設(shè)計的主要依據(jù)是GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》，大多數(shù)的建筑師都把屋面檁條歸結(jié)為屋面承重構(gòu)件一類，比如，二級耐火等級的廠房，按1.0 h 來刷防火涂料，屋面檁條都刷了防火涂料。《鋼結(jié)構(gòu)防火規(guī)范》頒布后，明確指明只有兼當(dāng)屋面壓桿的檁條和隅撐才需要考慮防火，其余檁條可不刷防火涂料[1,2]。

圖1 鋼柱涂刷非膨脹型防火涂料

圖2 鋼柱涂刷非膨脹型防火涂料的側(cè)面圖

在汽車廠房的4 個重要車間中，總裝和焊裝車間一般采用排架柱+網(wǎng)架或屋托架的結(jié)構(gòu)形式。這種結(jié)構(gòu)形式，計算中只考慮屋面檁條的自重，不考慮檁條對其他主要構(gòu)件的影響，也不考慮其參與結(jié)構(gòu)的整體計算，對結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性沒有影響。因此，此類屋面檁條不作為屋頂主要承重構(gòu)件，可按照《鋼結(jié)構(gòu)防火規(guī)范》的要求，不考慮涂刷防火涂料。涂裝車間一般采用鋼框架結(jié)構(gòu)形式，有時會利用屋面檁條作為屋面鋼梁的平面外支撐，需根據(jù)實(shí)際情況確定檁條是否涂刷防火涂料。門式剛架結(jié)構(gòu)較為經(jīng)濟(jì)，通常是考慮屋面檁條和隅撐作為鋼梁的平面外支撐，一旦屋面檁條構(gòu)件失去承載能力或穩(wěn)定性，將影響整個結(jié)構(gòu)屋面梁的平面外穩(wěn)定性，并可能導(dǎo)致建筑物倒塌，故該類構(gòu)件應(yīng)計為“屋面承重構(gòu)件”，按照《鋼結(jié)構(gòu)防火規(guī)范》要求涂刷防火涂料[3]。

消防設(shè)計應(yīng)從全局出發(fā)，綜合考慮，安全、適用、經(jīng)濟(jì)等因素。安全要從建筑物整體結(jié)構(gòu)安全性的角度來考慮，如果屋面檁條構(gòu)件失去承載能力或穩(wěn)定性，影響整個建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并可能導(dǎo)致建筑物倒塌，則該構(gòu)件應(yīng)計為“屋面承重構(gòu)件”，需增加防火要求。相反，如果屋頂檁條構(gòu)件對整個結(jié)構(gòu)的安全性沒有影響，則不需要考慮其防火要求。

3 防火墻的支撐系統(tǒng)

防火墻是分隔水平防火分區(qū)或防止建筑間火災(zāi)蔓延的重要分隔構(gòu)件，對于減少火災(zāi)損失發(fā)揮著重要作用。GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》（2018 年版）規(guī)定支撐防火墻的鋼梁和鋼柱的耐火極限不應(yīng)低于防火墻的耐火極限。

在工業(yè)廠房中，防火墻的耐火極限一般最低都是3.0 h，而鋼梁的最大耐火極限是2.0 h，鋼柱的最大耐火極限是3.0 h。支撐防火隔墻和防火墻的鋼梁和鋼柱，其耐火極限要求常常被忽視，按一般柱子的耐火極限進(jìn)行控制，使得實(shí)際工程中建筑框架的耐火極限可能低于防火墻的耐火極限，從而難以很好地實(shí)現(xiàn)防止火災(zāi)蔓延擴(kuò)大的目標(biāo)。因此，在平時的設(shè)計中，應(yīng)特別注意防火墻支撐系統(tǒng)的防火設(shè)計。目前，非膨脹型防火涂料可以做到耐火極限3.0 h，超過3.0 h 的耐火極限的構(gòu)件保護(hù)措施應(yīng)采取其他方法。

4 防火涂料的耐久性

現(xiàn)行國家規(guī)范GB 14907—2018《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料》中沒有對防火涂料的使用年限做出具體要求，對各種類型的防火涂料在工程環(huán)境中的使用壽命缺乏科學(xué)的評價[4]。防火涂料廠商在產(chǎn)品的說明書中不能提供在不同的使用環(huán)境下可使用的年限和更換周期。鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的使用都是抱著“一勞永逸”的態(tài)度。

行業(yè)應(yīng)當(dāng)制定有關(guān)耐久性的評價標(biāo)準(zhǔn)和評價方法，從科學(xué)的角度判定更換或維修防火涂料的周期和年限。此外，防火涂料的維修也不是簡單地重新涂刷，在舊的防火涂料基層上重新涂刷，新老涂料能否相容，是否會發(fā)生不利的化學(xué)反應(yīng)、連接是否牢固、發(fā)生火災(zāi)時能否能夠共同作用、能否達(dá)到防火技術(shù)性能要求，這些都是需要進(jìn)一步研究的課題。

5 使用環(huán)境

室外鋼結(jié)構(gòu)防火涂料和室內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的使用環(huán)境不同。由于室外耐候性差、易老化、易腐蝕等問題，一般不宜選用膨脹型防火涂料。室外鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的理化性能要求比室內(nèi)指標(biāo)要求更多，有耐曝?zé)嵝浴⒛蜐駸嵝浴⒛蛢鋈谘h(huán)性、耐酸性、耐堿性、耐鹽霧腐蝕性、耐紫外線輻射性等。所以室外或露天工程或半室外鋼結(jié)構(gòu)嚴(yán)禁選用室內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。一般汽車工廠之間的通廊，樓面以下的鋼柱位于室外，需刷室外鋼結(jié)構(gòu)防火涂料，樓面以上鋼柱位于室內(nèi)，可以刷室內(nèi)防火涂料。

6 結(jié)論與展望

1）目前，各種鋼結(jié)構(gòu)防火規(guī)范中沒有對防火涂料的使用年限提出要求。一般檢測報告所給出的耐火極限是涂料涂后保養(yǎng)1～2 個月的檢測結(jié)果。但是火災(zāi)有可能在涂后的10 a 才發(fā)生。涂料必定會隨著時間的推移防火性能有所下降。隨著時間推移，防火涂料能否達(dá)到要求，需要進(jìn)一步研究。

2）國內(nèi)生產(chǎn)鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的廠家多，品種雜，尚無統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，使用時應(yīng)十分慎重。防火涂料的具體型號、產(chǎn)品參數(shù)、技術(shù)要求等，必須經(jīng)過建設(shè)單位、監(jiān)理單位、設(shè)計單位以及消防審驗部門共同審定確認(rèn)后方可使用。

3）屋面檁條和隅撐如果作為屋面鋼梁的平面外支撐，則需要考慮防火要求，涂刷防火涂料。相反，則可以不刷防火涂料。

4）支撐防火墻的鋼梁和鋼柱的耐火極限比一般的框架梁、柱耐火極限要求高，設(shè)計時應(yīng)特別注意。

5）建筑物中的隱蔽鋼結(jié)構(gòu)，對涂層的外觀質(zhì)量要求不高，應(yīng)盡量采用非膨脹型防火涂料。