陳京華， 吳鳳超， 夏 凱

(1.安徽華電工程咨詢設(shè)計(jì)有限公司，安徽 合肥 230022；2.國網(wǎng)安徽省電力公司 經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，安徽 合肥 230601)

裝配式變電站主體結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)研究

陳京華1， 吳鳳超1， 夏 凱2

(1.安徽華電工程咨詢設(shè)計(jì)有限公司，安徽 合肥 230022；2.國網(wǎng)安徽省電力公司 經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，安徽 合肥 230601)

鋼結(jié)構(gòu)材料因其質(zhì)輕、高強(qiáng)、抗震性強(qiáng)、施工周期短和可回收利用等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用于裝配式變電站設(shè)計(jì)中。但變電站建筑中主變壓器和電容器等電氣設(shè)備含油量均較多，發(fā)生火災(zāi)時危險(xiǎn)性大，而鋼結(jié)構(gòu)材料防火性能、力學(xué)性能較差，因而采用防火材料對鋼結(jié)構(gòu)主體進(jìn)行防火保護(hù)研究具有重要的意義。

鋼結(jié)構(gòu)；裝配式變電站；防火材料；防火包覆；耐火極限

0 引 言

作為現(xiàn)代建筑工程中較普遍的鋼結(jié)構(gòu)建筑因其強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、延伸性好、抗震性強(qiáng)和施工周期短、環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)[1]，在國家電網(wǎng)的大力推廣下廣泛應(yīng)用于變電站建筑中。但變電站建筑中主變壓器和電容器等電氣設(shè)備含油量均較多，發(fā)生火災(zāi)時危險(xiǎn)性大。而鋼結(jié)構(gòu)材料防火性能、力學(xué)性能較差，通常在600 ℃左右時鋼結(jié)構(gòu)即會失去承載作用，而一般火場溫度會高達(dá)800～1 000 ℃，在這樣高溫下，裸露的鋼結(jié)構(gòu)會很快發(fā)生塑性變形，產(chǎn)生局部破壞，使其很快失去支撐能力，導(dǎo)致建筑物垮塌。

因此對其主體結(jié)構(gòu)中梁、柱構(gòu)件進(jìn)行防火保護(hù)研究具有重要的意義[2]。

1 某裝配式變電站基本情況概述

本文以某220 kV裝配式戶內(nèi)變電站為模板，進(jìn)行結(jié)構(gòu)主體防火設(shè)計(jì)研究；變電站為單層建筑，平面布置詳見圖1所示。

圖1 變電站平面布置圖

根據(jù)文獻(xiàn)[2]的規(guī)定，變電站建筑物不同設(shè)備房間的耐火等級為：主變室一級；其他功能房間為二級[3]。電容器室、主變室墻體采用防火墻；其他房間墻體采用普通隔墻；不同耐火等級時構(gòu)件的耐火極限詳見表1所列。

表1 不同耐火等級構(gòu)件的燃燒性能和耐火極限 h

2 主體結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)

2.1 防火材料選擇及防火包覆工程做法

包覆法是在鋼結(jié)構(gòu)外表添加外包層，外包層可以為防火板材或者具有防火功能的其他包覆材料。該方法具有重量輕、干式作業(yè)、施工方便、耐火性能及耐久性優(yōu)越等特點(diǎn)，主要做法有：

(1) 外包混凝土或砌筑砌體：外包材料密度較大，硬度高，材料采用砌筑方式施工，外表面用水泥(或石膏)砂漿粉刷。常用的塊狀材料有各種黏土磚、黏土空心磚、加氣混凝土砌塊、陶?？招钠鰤K等[4-5]。

(2) 防火板包覆：防火板根據(jù)密度不同可為低密度防火板、中密度防火板和高密度防火板；根據(jù)使用厚度的不同可分為防火薄板和防火厚板。常用防火板主要有紙面石膏板、纖維增強(qiáng)水泥板、水泥蛭石板、水泥珍珠巖板、硅酸鈣防火板、巖棉板和玻鎂平板、低密度無石棉硅酸鈣板等。

(3) 復(fù)合防火包覆：即在鋼結(jié)構(gòu)表面涂覆防火涂料或采用柔性氈狀隔熱材料包覆，再用輕質(zhì)防火板作飾面板。常用的柔性氈狀材料有硅酸鋁棉氈、礦渣棉氈、巖棉氈、玻璃棉氈等[6]。

根據(jù)裝配式變電站建筑構(gòu)件耐火極限及施工可行性，本工程采用如下防火包覆做法，見表2所列、圖2所示。

表2 各功能房間防火包覆做法

圖2 鋼梁防火保護(hù)構(gòu)造

2.2 技術(shù)要求

2.2.1 防火板的安裝要求

(1) 防火板的包覆必須根據(jù)構(gòu)件形狀和所處部位進(jìn)行包覆構(gòu)造設(shè)計(jì)，在滿足耐火要求的條件下充分考慮安裝的牢固穩(wěn)定。

(2) 固定和穩(wěn)定防火板的龍骨粘結(jié)劑應(yīng)為不燃材料，龍骨材料應(yīng)便于構(gòu)件、防火板連接。粘結(jié)劑在高溫下應(yīng)仍能保持一定的強(qiáng)度，保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和完整。

(3) 防火板材或無機(jī)龍骨與構(gòu)件粘貼面應(yīng)做防銹去污處理，非粘貼面均應(yīng)涂刷防銹漆。

(4) 采用巖棉、礦棉等軟質(zhì)板材包覆時，為提高其美觀性以及增強(qiáng)其表面防撞強(qiáng)度，宜采用薄金屬板或其他不燃性板材對適當(dāng)?shù)牟课贿M(jìn)行包裹。

(5) 板材的防火包覆工程必須在鋼結(jié)構(gòu)安裝及涂料工程驗(yàn)收合格及所有管線敷設(shè)完成后施工，嚴(yán)禁事后安裝，破壞包覆板材。當(dāng)管線貫通板材時，管線與龍骨以及管線與板材相交處的縫隙必須用耐高溫粘結(jié)劑嵌縫。

(6) 當(dāng)構(gòu)件上設(shè)有加勁肋時，一般考慮將構(gòu)件進(jìn)行整體包覆，不再對加勁肋單獨(dú)包覆。

(7) 水電管線應(yīng)在墻上敷設(shè)，柱上僅允許預(yù)敷設(shè)金屬電線管盒，嚴(yán)禁事后安裝破壞包覆板材。開關(guān)盒、連接盒底部及周邊與鋼構(gòu)件相交處需用墊板及耐高溫?zé)o機(jī)粘結(jié)劑隔離封堵；管線與龍骨相交處縫隙必須用耐高溫粘結(jié)劑嵌縫。

2.2.2 采用復(fù)合防火保護(hù)時的要求

(1) 必須根據(jù)構(gòu)件形狀和所處部位進(jìn)行包覆構(gòu)造設(shè)計(jì)，在滿足耐火要求的條件下充分考慮保護(hù)層的牢固穩(wěn)定。

(2) 在包覆構(gòu)造設(shè)計(jì)時，應(yīng)充分考慮外層包覆的施工不應(yīng)對內(nèi)防火層造成結(jié)構(gòu)性破壞或損傷。

3 結(jié)束語

采用上述防火包覆做法后，系統(tǒng)耐火極限滿足一級耐火等級時柱耐火極限大于2.5 h，梁大于2.0 h；二級耐火等級時柱耐火極限大于2.0 h；梁大于1.5 h的要求。施工時采用干式作業(yè)，裝配化程度高，是符合建筑工業(yè)化需求的施工方法；無石棉硅酸鈣防火板是工業(yè)化生產(chǎn)，板材厚度可以保證，防火系統(tǒng)長期使用不會產(chǎn)生任何變形，也無需特殊的維護(hù)保養(yǎng)；符合國家電網(wǎng)提出的“兩型三新一化”精神的要求。包含成本、運(yùn)輸和安裝后綜合造價區(qū)間為80～120元/m2，具有綜合造價低、性價比高等優(yōu)點(diǎn)[7-9]；是一種適合在裝配式變電站主體結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)中推廣的防火做法。

[1] GB 50016-2014,建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

[2] GB 50229-2006，火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S]．

[3] 喬國峰.鋼結(jié)構(gòu)柱防火保護(hù)設(shè)計(jì)及造價研究[J].東北電力大學(xué)學(xué)報(bào),2014(3):210～213.

[4] 李建朝,魏倫杰,王志寬. 淺論鋼架結(jié)構(gòu)的防火措施[J].魅力中國,2009(36):11～12.

[5] 趙金海．高溫下彈性壓變鋼構(gòu)件穩(wěn)定性分析[D]．哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)，2013．

[6] 湯 泓,徐亞豐,白首晏.我國鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展綜述[J].西部探礦工程，2005(1)：33～34.

[7] 衣 欣．基于厚型防炎涂料的H型鋼梁耐火性能數(shù)值分析[D]．沈陽：沈陽建筑大學(xué)，2013．

[8] 楊永新.鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火保護(hù)措施探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2011(29):216.

[9] 魏 東,孫秀山,劉應(yīng)華,等.鋼結(jié)構(gòu)抗火研究進(jìn)展[J].建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展，2006(4)：96～98.

2016-09-26；修改日期：2016-09-29

陳京華(1960-)，男，江蘇阜寧人，安徽華電工程咨詢設(shè)計(jì)有限公司工程師．

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1673-5781(2016)05-0629-02