防火板包覆風(fēng)管的優(yōu)化設(shè)計(jì)與施工

姚建軍

（中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司基礎(chǔ)設(shè)施事業(yè)部，北京 100040）

0 引言

GB 51251—2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》［1］于2018年8月1日正式實(shí)施，要求建筑防煙、排煙系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合建筑特性和火災(zāi)煙氣發(fā)展規(guī)律等因素，采取有效技術(shù)措施，做到安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)3.3.8（加壓送風(fēng)管道，當(dāng)設(shè)置在吊頂內(nèi)時(shí)，其耐火極限不應(yīng)低于0.50 h；當(dāng)未設(shè)置在吊頂內(nèi)時(shí)，其耐火極限不應(yīng)低于1.00 h）、4.4.8（排煙管道及其連接部件應(yīng)能在280 ℃時(shí)連續(xù)30 min保證其結(jié)構(gòu)完整性；水平設(shè)置的排煙管道應(yīng)設(shè)置在吊頂內(nèi)，其耐火極限不應(yīng)低于0.50 h；當(dāng)確有困難時(shí)，可直接設(shè)置在室內(nèi)，但管道的耐火極限不應(yīng)小于1.00 h；設(shè)置在走道部位吊頂內(nèi)的排煙管道，以及穿越防火分區(qū)的排煙管道，其管道的耐火極限不應(yīng)小于1.00 h，但設(shè)備用房和汽車庫的排煙管道耐火極限可不低于0.50 h）、4.5.7（補(bǔ)風(fēng)管道耐火極限不應(yīng)低于0.50 h，當(dāng)補(bǔ)風(fēng)管道跨越防火分區(qū)時(shí)，管道的耐火極限不應(yīng)小于1.50 h）條款規(guī)定，防煙、排煙系統(tǒng)采用在原風(fēng)管外包覆防火板的技術(shù)措施，以滿足規(guī)范要求。

1 工程實(shí)例

北京朝陽站位于北京市東北部四五環(huán)之間，具體位置為姚家園北街以南，姚家園路以北，駝房營路以東，蔣臺(tái)洼西路以西之間的地塊內(nèi)。車站規(guī)模為7 臺(tái)15 線，西側(cè)為普速車場，東側(cè)為高速車場，高、普速車場通過南北兩側(cè)咽喉區(qū)連通，普速車場為3臺(tái)5線，高速車場為5臺(tái)10線，其中第3站臺(tái)為普、高速車場共用。站房總建筑面積18.3萬m2；站臺(tái)面4.35萬m2；站臺(tái)雨棚6.2萬m2。

涉及防火板包覆風(fēng)管的系統(tǒng)主要是地下停車場及城市通廊的防排煙系統(tǒng)、排煙補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)、加壓送風(fēng)系統(tǒng)，工作包括輕鋼龍骨及防火板安裝、系統(tǒng)支吊架安裝。在保證質(zhì)量和安全性的前提下，對(duì)防火板支吊架系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)包覆的防火板吊架與風(fēng)管共用一套支吊架系統(tǒng)，不再為每節(jié)防火板單獨(dú)加設(shè)支吊架，力求施工方便，提升觀感質(zhì)量，節(jié)約成本。防火板優(yōu)化前后示意分別見圖1、圖2。

圖1 優(yōu)化前防火板風(fēng)管側(cè)剖圖

圖2 優(yōu)化后風(fēng)管防火板包覆構(gòu)造示意圖

2 支吊架系統(tǒng)計(jì)算原則與驗(yàn)算實(shí)例

2.1 計(jì)算原則

（1）荷載計(jì)算。支吊架承受的總荷載包括風(fēng)管自重、防火板自重、法蘭和管卡等附件重量以及保溫層重量。

（2）支吊架承載力和穩(wěn)定性計(jì)算。依據(jù)GB 50017—2017《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》［2］和GB 50018—2002《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》［3］相關(guān)章節(jié)進(jìn)行計(jì)算。

（3）支吊架橫梁撓度與其跨度之比不大于l/250。

（4）適用風(fēng)管規(guī)格。根據(jù)19K112《金屬、非金屬風(fēng)管支吊架》［4］可知，適用于圓形風(fēng)管直徑或矩形風(fēng)管長邊不大于2 000 mm 的風(fēng)管，當(dāng)圓形風(fēng)管直徑或矩形風(fēng)管邊長大于2 000 mm 時(shí)，其支架形式和材料規(guī)格由計(jì)算確定。

各種支架材質(zhì)均為Q235B 鋼材，螺栓采用C 級(jí)Q235B，其他構(gòu)件材質(zhì)除特殊說明外，均采用Q235B鋼材。

2.2 驗(yàn)算實(shí)例

矩形鍍鋅鋼板風(fēng)管，水平方向邊長a=2 000 mm，垂直方向邊長b=400 mm，板厚δ0=1.2 mm；保溫層厚δ1=50 mm，容重100 kg/m3；防火板板厚δ2=8 mm，容重1 200 kg/m3，采用吊架安裝，吊架間距L=2 500 mm。支架形式及受力方式見圖3。

圖3 支架形式及受力示意圖

對(duì)于矩形風(fēng)管，橫梁、吊桿受力計(jì)算見式（1）—式（13）。

吊架跨度：

鍍鋅鋼板風(fēng)管荷載：

式中：ρ為鍍鋅鋼板密度，取值7 850 kg/m3。

法蘭荷載（風(fēng)管連接為L40×4 角鋼法蘭，間距1 250 mm）：

保溫荷載：

式中：ρ為巖棉密度，取值100 kg/m3。

包覆防火板荷載：

式中：ρ為防火板密度，取值1 200 kg/m3。

總荷載：

彎矩（按均布荷載考慮）：

橫梁選用［5槽鋼，其截面模數(shù)Wx=10.40 m3，槽鋼單位長度質(zhì)量P5=5.44 kg/m，橫梁自質(zhì)量的彎矩為：

總彎矩：

橫梁強(qiáng)度驗(yàn)算：

式中：f 為鋼材抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。驗(yàn)算結(jié)果符合規(guī)范要求。

橫梁整體穩(wěn)定性驗(yàn)算：

式中：ψb為整體穩(wěn)定系數(shù)，通過計(jì)算得0.81。驗(yàn)算結(jié)果符合規(guī)范要求。

橫梁撓度Ymax驗(yàn)算：

式中：q為均布線荷載標(biāo)準(zhǔn)值，q=4 584.16/（1.35l）N/m；l 為吊架跨度，取值2 060 mm；I 為槽鋼截面慣矩，取值26 cm4；E 為槽鋼彈性模量，取值2.06×104kN/cm2。驗(yàn)算結(jié)果符合要求。

吊桿驗(yàn)算，含橫梁的總荷載P總：

吊桿截面積F=P總/f=22.04 mm2。根據(jù)JGJ/T 141—2017《通風(fēng)管道技術(shù)規(guī)程》［5］第4.2.3條，吊桿最小規(guī)格應(yīng)為φ10 mm。計(jì)入因螺紋削弱吊桿截面因素，實(shí)際吊桿截面積F實(shí)=π（10/2-1.5）2×2=76.96 mm2＞F=22.04 mm2，符合規(guī)范要求，故選用2φ10 mm吊桿。

3 防火板安裝

3.1 U形輕鋼龍骨圈安裝

緊貼風(fēng)管管道外壁布設(shè)U 形輕鋼龍骨圈，間距610 mm 一道，遇到風(fēng)管三通、彎頭、法蘭等適當(dāng)調(diào)整間距，保證每塊防火板兩端均與龍骨圈固定。要求U形輕鋼龍骨下料長度與風(fēng)管截面尺寸匹配，角點(diǎn)兩側(cè)均用自攻釘緊固，安裝緊固后不松動(dòng)變形［6］。下料后的U形輕鋼龍骨內(nèi)填塞巖棉條。龍骨圈安裝后及時(shí)調(diào)整好間距，保證防火板拼縫位于龍骨平面的中央（見圖4）。

圖4 防火包覆拼縫示意圖

3.2 巖棉填裝

巖棉存放干燥地點(diǎn)，不得受潮或淋雨。巖棉與風(fēng)管部件緊密貼合，無空隙；巖棉采用粘結(jié)保溫釘連接固定，結(jié)合應(yīng)牢固，不脫落。保溫風(fēng)管保溫釘?shù)姆植紤?yīng)均勻，底面不少于16 個(gè)/m2，側(cè)面不應(yīng)少于10 個(gè)/m2，頂面不少于8 個(gè)/m2。首行保溫釘至風(fēng)管或保溫材料邊緣的距離應(yīng)小于120 mm。

3.3 防火板安裝固定

矩形防火板風(fēng)管的四面壁板應(yīng)按照施工圖紙風(fēng)管截面尺寸、風(fēng)管彎管、變徑處的板材下料。板材規(guī)格為：2 440 mm×1 220 mm，板厚8 mm，一般情況下風(fēng)管按板材寬度做成每節(jié)長度1 220 mm，當(dāng)風(fēng)管長邊尺寸≤1 220 mm或風(fēng)管兩邊之和≤1 220 mm時(shí)，風(fēng)管可按板材長度做成每節(jié)長度2 440 mm，以減少管段接口［7］。風(fēng)管的三通、四通宜采用分隔式或分叉式；彎管、三通、四通、大小頭的圓弧面用折線面代替。風(fēng)管每節(jié)管段（包括三通、彎管等管件）的兩端面應(yīng)平行，與管中線垂直。

防火風(fēng)管拼接時(shí)縫隙滿涂防火膠，4 個(gè)角外包L40×40×0.6 的輕鋼角龍骨，用自攻螺釘間距200 mm 固定牢固。要求自攻釘間距均勻，橫向成排，豎向成線，外包的角龍骨在風(fēng)管四周接口錯(cuò)開安裝（見圖5）。

圖5 角龍骨安裝示意圖

4 效益分析

矩形風(fēng)管長邊不大于2 000 mm 的風(fēng)管和長邊大于2 000 mm 的大型風(fēng)管支架形式、材料規(guī)格及吊架間距由專業(yè)廠家計(jì)算確定，避免了風(fēng)管系統(tǒng)支吊架與防火板安裝支吊架的重疊、沖突，通過優(yōu)化使其共用一套支吊架系統(tǒng)，在確保安全可靠的前提下，提高觀感質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)材，加快施工進(jìn)度，降低施工成本，提高施工經(jīng)濟(jì)性，兩者成本對(duì)比見表1。經(jīng)對(duì)比，優(yōu)化后支架形式節(jié)約成本約121萬元。

表1 施工成本對(duì)比

5 結(jié)束語

隨著GB 51251—2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》實(shí)施，鐵路站房、公共建筑等防煙、排煙系統(tǒng)耐火極限設(shè)計(jì)要求也隨之提升，通過防火板包覆風(fēng)管以提高耐火極限的方法將成為今后的發(fā)展趨勢(shì)，并為類似工程提供參考借鑒。