輕鋼住宅防火體系研究

馮靜，楊曉莉，何文躍

（1.浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院，浙江杭州 310024；2.中國新型建材設(shè)計研究院，浙江杭州 310003）

輕鋼住宅防火體系研究

馮靜1，楊曉莉1，何文躍2

（1.浙江工業(yè)大學(xué)之江學(xué)院，浙江杭州 310024；2.中國新型建材設(shè)計研究院，浙江杭州 310003）

從高性能耐火耐候鋼的開發(fā)應(yīng)用、耐火極限和消防設(shè)施的相關(guān)規(guī)定、國內(nèi)外消防體制的差異及消防意識的普及與管理等角度全方位探討了如何構(gòu)建輕鋼住宅的防火體系，以促進輕鋼結(jié)構(gòu)體系在低層、多層住宅中的推廣應(yīng)用。

輕鋼住宅；耐火耐候鋼；耐火極限；消防體制

0 引言

輕鋼住宅施工方便、抗震能力強、空間利用率高，且分割靈活、便于拆除、可塑性強，相對于其它結(jié)構(gòu)形式，可極大地突破結(jié)構(gòu)對建筑的束縛，創(chuàng)造出輕盈、靈巧、通透的建筑造型，是符合綠色環(huán)保要求的新型住宅結(jié)構(gòu)體系。隨著我國鋼產(chǎn)量的快速發(fā)展，及輕鋼住宅相配套的其它新型建材的發(fā)展和應(yīng)用，輕鋼住宅作為綠色建筑體系越來越被大力推崇，是當今新型住宅建筑發(fā)展的重要方向與大勢所趨。與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)相比，耐火性成為輕鋼住宅推廣過程中的最大障礙之一，是發(fā)展過程中亟待解決的核心問題，本文從主體結(jié)構(gòu)材料、防火規(guī)范、防火設(shè)施、消防意識普及管理等方面多維度探討輕鋼住宅的防火問題，并提出若干建議，以促進輕鋼住宅的推廣應(yīng)用。

1 高性能耐火耐候鋼的開發(fā)應(yīng)用

文獻[1]在參考歐洲規(guī)范基礎(chǔ)上提供了在不同高溫情況下普通鋼材、耐火鋼材的強度折減系數(shù)，具體見表1。

表1 高溫下鋼材的強度折減系數(shù)

從表1可見，沒有防火涂層的普通鋼材一旦發(fā)生火災(zāi)，高溫下（通常指在600℃以下）強度迅速下降，而耐火鋼能夠在高溫下的一定時間內(nèi)保持較高的強度，從而增加建筑物的防火能力。耐火鋼是通過在結(jié)構(gòu)鋼中加入鉬等合金元素，使鋼材在高溫下析出碳化鉬，由于此類物質(zhì)比鐵原子大，能起到阻止或弱化“滑移”的作用，從而提高了鋼材在高溫下的強度，在規(guī)定的耐火時間內(nèi)保持較高的強度[1]。如鞍鋼400級、490級系列耐火鋼的耐火極限試驗表明：在600℃高溫下0.5～2.5 h內(nèi)屈服強度不低于常溫值的2/3；在無涂覆防火層時達到耐火等級4級梁的耐火極限；厚型涂覆達到1級梁的耐火極限時的涂覆厚度比普通Q345鋼節(jié)省1/2，且鋼材焊接性能良好[2]。國外早已大量采用高性能耐火鋼，日本新日鐵開發(fā)的490級的高性能耐火鋼，可保證在700～800℃下的高溫強度。新日鐵第二辦公樓采用鋼結(jié)構(gòu)體系，若采用普通鋼材，柱梁防火層涂料厚度為50 mm，使用高性能耐火鋼則防火層涂料厚度僅需15 mm，部分露出室外的柱梁則完全取消了防火涂料層，大大降低了防火造價[3]。

在增強防火性能的同時開發(fā)兼具防銹功能的耐火耐候鋼，既可免去或者減少防火涂料，又可節(jié)約防銹涂料，在鋼材價格增加不多的情況下可大大節(jié)約綜合成本，具有廣闊的應(yīng)用前景。高性能耐火耐候鋼是發(fā)達國家競相開發(fā)的一種用途廣泛的新型建筑用特殊鋼材。目前，我國也有諸多鋼鐵企業(yè)（如寶鋼、馬鋼、武鋼、攀鋼、鞍鋼等）已開發(fā)成功建筑用耐火耐候鋼，可在600℃高溫時，屈服強度仍保持不低于常溫屈服強度的2/3，而抗銹蝕性是普通鋼的2～8倍[4]。耐火耐候鋼是具有防火、防銹設(shè)計要求的輕鋼住宅的首選綠色環(huán)保型建材。對耐火等級低的低層輕鋼住宅或?qū)Χ鄬虞p鋼住宅中耐火極限要求低的構(gòu)件可不涂覆防火材料；而對耐火等級相對較高的構(gòu)件可減少涂覆防火層厚度。從而使得鋼材用量減小或拋棄對防火材料的依賴，既方便施工又可降低工程造價，從而極大地提高輕鋼住宅對傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)住宅的產(chǎn)品競爭力。此外，耐火耐候鋼具有一定的自愈性，在鋼材加工或是火災(zāi)后，其耐火性、耐候性可保持基本不變，這是普通鋼材在涂覆保護層后不可能具有的性質(zhì)，由此帶來的優(yōu)勢不可估量[4]。目前，耐火耐候鋼越來越多地開始在國內(nèi)一些廠房、住宅樓、商務(wù)樓等建筑中得到應(yīng)用，在一些重點工程如國家大劇院、中國殘疾人體育藝術(shù)培訓(xùn)基地（上海市重點工程）中也成功應(yīng)用了武鋼生產(chǎn)的耐火耐候鋼[5-6]。

2 輕鋼住宅耐火極限的探討

GBJ 16—87（2001修訂版）《建筑設(shè)計防火規(guī)范》耐火等級四級最多允許層數(shù)2層，而GB 50368—2005《住宅建筑規(guī)范》中對四級耐火等級的住宅建筑允許建筑層數(shù)調(diào)整為3層。對表2分析可見：調(diào)整后，耐火等級四級的梁、柱、樓板的耐火極限要求看似有較大幅度提高，但實際上由于將低層中占主流的3層住宅耐火等級從原來的三級降為四級，使得3層輕鋼住宅的耐火極限要求降低，從而極大地降低了輕鋼結(jié)構(gòu)的防火成本。GB 50016—2012《建筑設(shè)計防火規(guī)范》在此基礎(chǔ)上進一步降低了耐火等級四級的耐火極限，如梁、柱耐火極限降低為0.5 h，而對樓板和非承重墻則不作要求。這個耐火等級四級允許層數(shù)和耐火極限的調(diào)整，極大地降低了輕鋼低層住宅的防火造價，有利于促進鋼結(jié)構(gòu)在低層住宅中的推廣應(yīng)用。在低層輕鋼住宅中，火災(zāi)時間超過0.5 h，所造成的損失對保護結(jié)構(gòu)已無實際意義，采用0.5 h的耐火極限比較合理，且單層石膏板的防護即可，也可采用無涂覆防火層的高性能耐火耐候鋼。

表2 主要構(gòu)件的燃燒性能和耐火極限

GBJ 16—87（2001修訂版）耐火等級三級最多允許層數(shù)5層，而GB 50368—2005中，三級最多允許的建筑層數(shù)調(diào)整為9層。從表2可見，與耐火等級四級相比，對多層住宅的耐火極限要求有大幅度提高。由于這2個規(guī)范是綜合性規(guī)范，主要針對的是傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)，即使耐火等級從四級到三級的耐火極限有大幅度提高，基本不會導(dǎo)致傳統(tǒng)建材防火造價的提高，但卻會導(dǎo)致輕鋼住宅防火造價的大幅度提高。如4層輕鋼住宅，耐火等級為三級，如用厚涂型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料作鋼柱保護層，涂層厚度需30 mm；而3層耐火等級則為四級，涂層厚度僅需10 mm，將極大地增加4層住宅防火造價。此外，4層輕鋼住宅的耐火極限卻與9層輕鋼住宅的耐火極限要求相同。此兩處的合理性有待商榷，原因在于輕鋼住宅套用的是綜合性防火規(guī)范所致。較高的防火造價是多層輕鋼住宅比傳統(tǒng)混凝土結(jié)構(gòu)或磚混結(jié)構(gòu)造價偏高的主要原因，不利于促進輕鋼結(jié)構(gòu)在多層住宅中的推廣應(yīng)用。考慮我國地少人多的基本國情，城鎮(zhèn)化過程中必然要以多層和高層住宅建筑為主，而不是別墅、排屋或者低密度住宅為主，使得輕鋼住宅在我國的推廣必須以考慮在多層建筑中的應(yīng)用為重點。我國防火規(guī)范對耐火性能完全不同于傳統(tǒng)建材的輕鋼住宅并無專門分類規(guī)定，不能滿足推廣多層輕鋼住宅的需要，應(yīng)對防火標準的過嚴限制而導(dǎo)致整個輕鋼住宅市場的成本增加量與平均火災(zāi)率下的總損失量進行統(tǒng)計分析和比較，并在保證失火逃生和救援時間的情況下，在耐火極限要求和配套的防火設(shè)施方面，與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)區(qū)別對待。

鋼結(jié)構(gòu)防火構(gòu)造的目的是將鋼結(jié)構(gòu)耐火極限提高到規(guī)范允許的范圍，防止鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)時迅速升溫而發(fā)生結(jié)構(gòu)失效，主要采用的防火構(gòu)造有：涂層類保護、包覆類保護和屏蔽類保護。其中，涂層類保護和包覆類保護都需額外增加防火造價，且裝修時容易產(chǎn)生破壞，從而遺留火災(zāi)隱患。應(yīng)提倡材料防火與建筑設(shè)計相結(jié)合，在可能情況下將鋼結(jié)構(gòu)設(shè)置在墻體或頂棚內(nèi)，或?qū)摻Y(jié)構(gòu)構(gòu)件包藏在兩片墻之間的間隙中，利用非燃墻體本身為鋼構(gòu)件提供防火保護，通過巧妙設(shè)計獲得屏蔽類保護的效果，避免另做防火保護層，節(jié)約防火成本。

3 國內(nèi)外規(guī)范對主動防火設(shè)施的規(guī)定差異

當住宅建筑內(nèi)設(shè)有額外的消防措施保護時，如安裝防火輔助和警報器具、快速疏散指示標志、自動噴淋滅火等主動防火措施時，部分國外防火規(guī)范允許弱化被動防火要求，如放寬對鋼結(jié)構(gòu)耐火等級、材料燃燒性能、防火間距等要求，從而在保證消防安全的前提下，降低輕鋼防火造價。據(jù)相關(guān)資料介紹[7]，自動噴淋滅火系統(tǒng)的滅火成功率高達95%以上，特別對控制初始火災(zāi)非常有效，同時具有工程造價低、維護費用小等優(yōu)點，是一項住宅中可普及使用且具經(jīng)濟性的消防設(shè)施。而我國防火規(guī)范對低多層住宅建筑沒有具體的消防設(shè)施要求，只有在JGJ 227—2011《低層冷彎薄壁型鋼房屋建筑技術(shù)規(guī)程》中要求低層冷彎薄壁型鋼住宅建筑內(nèi)可設(shè)置火災(zāi)報警裝置，也僅是一個建議性的非強制性規(guī)定，且并不能弱化被動防火要求，起不到降低防火造價的目的。根據(jù)表3對比可知，國外的低層、多層建筑在消防設(shè)施的配置方面比我國嚴格很多，并通過主動防火降低被動防火的要求，防火規(guī)范不同的制定原則是各國消防管理體制與水平、公眾的消防安全意識上的差異在技術(shù)標準上的直接反映[8]。應(yīng)在國家標準中擴大住宅設(shè)置自動噴淋滅火設(shè)施的范圍。同時與其它安全疏散設(shè)施和其它防火技術(shù)措施相結(jié)合，加強主動防火能力。在該前提下，耐火等級和耐火極限、防火分區(qū)等方面的要求可參考國外規(guī)范相應(yīng)放松，為輕鋼住宅的發(fā)展創(chuàng)造條件，機械地采取傳統(tǒng)防火方式必將阻礙建筑的創(chuàng)新與進步，不利于推廣輕鋼結(jié)構(gòu)住宅。

表3 各國規(guī)范對住宅建筑消防設(shè)施的規(guī)定

從國內(nèi)外防火規(guī)范對比來看，我國規(guī)范對于建筑構(gòu)件耐火極限和建筑物防火間距等被動防火要求總體相對更為嚴格，對低層、多層住宅的消防設(shè)施配備等主動防火要求則偏弱[8]。因此，在積極引進國外輕鋼住宅技術(shù)時應(yīng)考慮國情差異，不能照搬照抄，應(yīng)建立適合當前國情的輕鋼住宅防火體系。隨著科技的快速發(fā)展，自動噴淋系統(tǒng)、溫度感應(yīng)系統(tǒng)等智能化防火設(shè)施在輕鋼住宅中的推廣應(yīng)用，我國消防管理體制與水平的改進，及適應(yīng)輕鋼住宅防火規(guī)范的研究與完善，在經(jīng)濟合理的被動防火基礎(chǔ)上配合主動防火，輕鋼防火成本將進一步降低，民眾的消防安全將進一步提高。

4 輕鋼住宅的消防意識普及與管理

我國的防火配套設(shè)施、消防管理體制與水平都與發(fā)達國家相比有較大差距，民眾防火意識也較為薄弱，日常生活中常見對消防設(shè)施的破壞，以及為一己之私對消防通道的堵塞等。另外，即使采取了防火保護措施，由于住戶缺乏這方面專業(yè)知識，不知輕鋼住宅防火保護的重要性，在裝修過程中也容易造成保護層破損失效。一旦發(fā)生火災(zāi)，會影響到建筑主體結(jié)構(gòu)安全，造成生命財產(chǎn)損失。因此，鋼結(jié)構(gòu)防火保護構(gòu)造應(yīng)牢固可靠，盡量降低裝修破壞的可能性。同時考慮輕鋼住宅由于其私有性，消防安全管理相對困難，輕鋼住宅小區(qū)應(yīng)加強防火重要性的宣傳及鋼結(jié)構(gòu)防火特性的普及，建設(shè)單位應(yīng)提供住宅使用說明書，告知物業(yè)與住戶鋼結(jié)構(gòu)涂裝層不得鏟除，防火板不得破壞或拆除，不得在外墻上安裝掛件，圍護墻體飾面不得破壞、受潮或滲水等。

從長期來看，只有在民眾防火意識得到普及與提高，防火規(guī)范進行積極調(diào)整和不斷完善防火制度，低多層住宅建筑內(nèi)配備相應(yīng)的消防設(shè)施，才能有效發(fā)揮主動防火的作用，改進現(xiàn)階段低層、多層住宅主動防火薄弱的現(xiàn)狀，盡早發(fā)現(xiàn)與主動滅火，變被動為主動，使得整個建筑防火體系更趨合理、完善。

5 結(jié)語

輕鋼住宅的防火問題一直是其相對于傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與砌體結(jié)構(gòu)競爭劣勢的桎梏，是輕鋼住宅推廣發(fā)展過程中亟待解決的問題，本文主要從材料、防火規(guī)范、消防體制、防火意識與管理等方面進行了多維度探討。

（1）新型高性能耐火耐候鋼是解決輕鋼住宅防火、防銹問題的最根本最有效途徑，是首選的綠色環(huán)保型建材，有廣闊的市場前景。

（2）由于輕鋼與傳統(tǒng)建材的高溫性能差異巨大，將綜合性防火規(guī)范和住宅建筑設(shè)計規(guī)范直接套用到輕鋼住宅防火設(shè)計中的合理性有待商榷，不利于輕鋼結(jié)構(gòu)在住宅中的推廣應(yīng)用，應(yīng)在充分研究基礎(chǔ)上，對輕鋼住宅耐火等級、耐火極限、防火分區(qū)等進行區(qū)別對待。

（3）推廣智能化防火設(shè)施在輕鋼住宅中的應(yīng)用，如自動噴淋系統(tǒng)、溫度感應(yīng)系統(tǒng)等，安裝防火輔助和警報器具，通過快速疏散加強住宅主動防火能力的建設(shè)，從而適當弱化被動防火要求。

（4）要對住戶加強輕鋼住宅防火基本知識的宣傳，走符合當前國情的輕鋼住宅防火體系，不斷完善防火體制和防火規(guī)范是有效發(fā)揮主動防火作用的重要基礎(chǔ)。

[1]CECS 200—2006，建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范[S].

[2]王澤林，王文仲，郝森，等.建筑結(jié)構(gòu)用耐火鋼的耐火極限試驗[J].鋼結(jié)構(gòu)，2004（4）：56-58.

[3]黃維，高真鳳，張志勤.日本建筑結(jié)構(gòu)用鋼板發(fā)展現(xiàn)狀[J].建筑鋼結(jié)構(gòu)進展，2015，17（1）：1-6.

[4]張威振，徐志勝.耐火耐候鋼的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀[J].新型建筑材料，2004（1）：62-64.

[5]劉繼雄，陳曉，李和平，等.高性能耐火耐候建筑用鋼的力學(xué)性能和焊接性能及其典型應(yīng)用研究[J].建筑鋼結(jié)構(gòu)進展，2004（3）：9-14.

[6]徐偉良，范鵬飛.耐火耐候鋼在我國建筑業(yè)的發(fā)展與工程應(yīng)用[J].四川建筑科學(xué)研究，2009，35（5）：171-174.

[7]趙敏.剖析自動噴淋滅火系統(tǒng)設(shè)計的有關(guān)要點[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2014（26）：22-24.

[8]郝愛玲，倪照鵬，阮濤.多層薄板輕鋼住宅防火技術(shù)研究[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2009，28（11）：806-808.

Research on the fire protection system of light steel structure residence

FENG Jing1，YANG Xiaoli1，HE Wenyue2
（1.Zhijiang College of Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310024，China）（2.China New Building Material Design&Research Institute，Hangzhou 310003，China）

This paper discusses how to build a light steel structure residential fire protection system from the development and application of fire-resistant and weather-resistant steel and，the relevant regulations of fire resistance and fire protection facilities，the differences of fire control system at home and abroad，and the popularization and management of fire protection awareness. Promote the application of light steel structure system on light steel structure residence.

light steel structure residence，fire-resistant and weather-resistant steel，fire endurance，fire fighting system

TU392.5

A

1001-702X（2016）07-0117-03

浙江省教育廳科研項目資助（Y201329932）

2016-04-21

馮靜，女，1975年生，浙江江山人，講師，碩士，一級注冊建筑師。