钢结构厂房的消防设计

钢结构厂房的消防设计钢结构厂房由于其施工简便、节约经济等优点，在现代工业建筑中已得到广泛应用，但钢结构耐火性能低，使消防设计显得有为重要。接合工作中遇到的实际问题，通过对钢结构厂房的特点和火灾危险性的分析，提出几点关于钢结构厂房在消防设计中应注意的问题。1、钢结构厂房的特点钢结构厂房建设、安全机械化程度高。钢构件所用的材料单一，而且是成品，加工简便，机械化程度高，施工周期短。钢结构厂房自重轻，虽然钢的比重大，但其机械性能很好，可以承受较大负荷，钢结构截面尺寸小，同样荷载时，钢屋架的重量最多不过钢筋混凝土屋架的13或14。钢结构的重量小，便于运输。钢结构标准厂房平面布局灵活，建筑面积利用率高。钢结构厂房灵活多变的车间工艺布置要求和最大限度的空间利用率，同时也能很好的解决厂房的通风、采光、保暖隔热以及屋面排水、生活设施布置、人员疏散等。2、钢结构厂房的火灾危险性钢结构厂房具有耐火性能低的弱点，在未进行防火处理的情况下，其本身虽然不会起火燃烧，但火灾时，强度会迅速下降，一般结构温度达到350℃、500℃、600℃时，强度分别下降13、12、23。理论计算显示，在全负荷情况下，钢结构失去静态平衡稳定性的临界温度为500℃左右，而一般火场温度达到800～1000℃，在这样的火场温度下，裸露的钢结构一般在15min左右，就会出现塑性变形，产生局部损坏，造成钢结构整体倒塌失效。钢结构的特性使必须要对钢结构必须采取措施进行保护。3、钢结构厂房的防火设计若用没有防火保护的普通建筑用钢作为建筑物承载的主体，一旦发生火灾，则建筑物会迅速坍塌，对人民的生命和财产安全造成严重的损失。目前，国内的钢结构防火保护时间是按照《建筑设计防火规范》、《高层民用建筑设计防火规范》所规定的建筑结构构件耐火极限来确定的。一是对钢构件进行耐火保护，使其在火灾时温度升高不超过临界温度，结构在火灾中就能保护稳定性；二是对厂房内部进行有效的防火分区，防止火势向其他区域蔓延、扩散。不过对于现代轻钢结构厂房的大跨度、大空间来说，防火分区的设置具有一定难度。用防火墙将厂房分隔不是非常可行的。不仅因为厂房大空间被分割后影响其通透性，而且从生产工艺的连续性要求心以及厂房内物流组织的；顷畅性来说，也是不太可行的。若从生产管理的角度看，有些建设方也不会接受这样的方案。那么可以使用防火门、防火卷帘等来划分防火分区。利用防火门与防火卷帘进行防火分区，在民用建筑中是轻而易举的。可面对大跨度的轻钢厂房(经常采用13~36m跨)，就很难实现。这不仅因为没有如此跨度的卷帘，而且这样大的跨度，在收放时很难控制，容易卡在滑槽里。所以利用防火门、防火卷帘进行防火分区也不是十分可行的。还可以利用自动喷水灭火划分防火分区，既然《建筑设计防火规范》规定，设自动喷水灭火装置的建筑，每层最大防火分区面积允许增加1倍。首先，根据《自动喷水灭火系统设计规范》，高度超过8m的大空间建筑物，安装自动喷水灭火系统的作用不大，而单层轻钢结构厂房的高度一般都超过8m，其次，虽安装自动喷水灭火系统后，防火分区允许面积扩大1倍也无法覆盖全厂房。所以此方法不完全可行。水幕可以起防火墙的作用，用独立水幕作防火分隔，是一个非常好的方案。防火水幕带宜采用喷雾型喷头，也可采用雨淋式水幕喷头。水幕喷头的排列不应少于3排，防火水幕带形成的水幕宽度不宜小于5m，流量2L／(s-m)。这种分隔方式灵活，不像防火墙要把车间截断，也没有大跨度防火卷帘的麻烦，理论上多大跨度都可以。在正常生产时，就好象它不存在，一旦有火灾需要防火分隔时，它可以立即实现有效分隔。但独立水幕作防火分隔也不是完美解决方案：1)需水量大。2)厂房内发生火灾开始往往是局部的，只需几个灭火器就能解决问题，可此时若启动水幕，会对生产设备造成破坏，由此造成的损失比局部火灾的损失更大。因此需严格控制水幕的启动时机，防止误动，所以设计时采用人工手动启动更合适。3)有效维护麻烦，无法试水检验水幕系统的可靠性。目前，保护钢结构厂房最常用的方法是在其表面涂覆钢结构防火涂料，发生火灾时它作为耐火隔热保护层，有效地提高钢构件的耐火极限，满足现行国家规范的要求。涂覆钢结构防火涂料作为防火保护的一种手段，不但具有很高的防火效率，而且使用十分方便，施工不受钢结构几何形状的限制，且一般不需要辅助设施，有广泛的适用性。按照防火机理，可将其分为隔热型防火涂料和膨胀型钢结构防火涂料两大类。目前膨胀型钢结构防火涂料已经被成功应用于各类工业及民用建筑中的钢结构防火保护，它在我国的研究及应用中虽然起步较晚，但却十分活跃和迅速，并正向超薄型、低污染、高性能、装饰性好等多功能方向发展。总之，在现代工业厂房中大量采用钢结构，目前钢结构工业厂房的耐火保护和防火分区存在各方法，我们仍需在工作中不断探索和研究，以便更好为钢结构厂房在现代工业应用中做出更好的服务意见轻质钢结构厂房消防设计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:一、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。二、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。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、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)。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)。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。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。三、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