建筑隔震橡膠支座防火保護(hù)關(guān)鍵問題和對(duì)策分析

盧臻 戴靠山 朱輝

作者簡介：

盧臻（1999- ），女，四川成都人，碩士，研究方向：建筑防火；戴靠山（1977- ），男，江蘇新沂人，博士，研究方向：工程結(jié)構(gòu)防災(zāi)；朱輝（1985- ），男，江蘇徐州人，博士，助理研究員，研究方向：建筑防火防控、應(yīng)急救援。

摘要：

為保證隔震建筑消防安全，通過對(duì)建筑隔震橡膠支座防火保護(hù)措施和隔震層設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分析，提出隔震建筑在設(shè)計(jì)階段應(yīng)綜合考慮建筑用途、施工質(zhì)量與綜合效益，合理選擇防火保護(hù)措施以保證隔震層的安全有效性，并結(jié)合實(shí)際工程案例揭示了隔震建筑防火保護(hù)存在的問題，給出工程設(shè)計(jì)、產(chǎn)品監(jiān)管、后期維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)的解決方案。

關(guān)鍵詞：隔震支座；防火保護(hù)；防火分區(qū)；防火涂料；監(jiān)督管理

引言

近年來，建筑隔震技術(shù)迎來了新的發(fā)展，但作為建筑設(shè)計(jì)和日常消防監(jiān)督的重要環(huán)節(jié)，隔震構(gòu)件的防火保護(hù)卻未能受到充分重視。隔震橡膠支座作為結(jié)構(gòu)豎向承重構(gòu)件，需要在火災(zāi)中甚至火災(zāi)后保持足夠的承重能力，否則極易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)倒塌和人員傷亡。因此，開展隔震裝置的防火研究具有重要意義。

一、疊層隔震橡膠支座的隔震原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（一）隔震原理

傳統(tǒng)建筑抵御地震的方法主要是通過增大建筑構(gòu)件剛度和加強(qiáng)建筑及基礎(chǔ)的聯(lián)結(jié)從而達(dá)到“加固硬抗”的效果。而隔震技術(shù)則采用“以柔克剛”的理念，在建筑與基礎(chǔ)之間或樓層間設(shè)置隔震層，用橡膠支座吸收隔離地震時(shí)所產(chǎn)生的加速度，阻止大部分能量傳輸?shù)缴喜拷Y(jié)構(gòu)[1]。

（二）隔震裝置結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

疊層橡膠支座是將富有彈性的橡膠片材和足夠剛度的鋼板層層粘接并經(jīng)過加工形成的復(fù)合材料產(chǎn)品。產(chǎn)品剛性取決于支座的尺寸、疊合層數(shù)及每層橡膠片材的厚度。

二、提高建筑隔震支座耐火性能的措施

根據(jù)燃燒學(xué)機(jī)理中的燃燒三要素：可燃物、助燃物和點(diǎn)火源，提高建筑隔震支座耐火性能可以從支座自身材料、結(jié)構(gòu)和外部防火保護(hù)措施三方面考慮。

（一）提高橡膠材料的耐火性能

天然橡膠由于其綜合物理機(jī)械性能優(yōu)良，常溫下彈性好、滯后損失小，廣泛應(yīng)用于減隔震工業(yè)產(chǎn)品中。由于天然橡膠屬于易燃材料，目前部分隔震支座生產(chǎn)廠家在制作技術(shù)中采用了添加抗老化劑、阻燃劑等來抵抗其熱氧老化和易燃等特性[2]。

國內(nèi)外對(duì)提高天然橡膠的阻燃性都開展了積極的研究。ZHANG X等人在2022年制備了具有良好阻燃效果、產(chǎn)煙率峰值（SPR）和總產(chǎn)煙率（TSP）均較低的阻燃天然橡膠（NR）復(fù)合材料[3]。WANG J等人在2022年研發(fā)了一種新型膨脹橡膠阻燃體系（ACT），與天然橡膠相比，具有更好的協(xié)同阻燃和抑煙效果，同時(shí)相較于傳統(tǒng)阻燃橡膠，其力學(xué)性能也有一定提高。

（二）提高疊層橡膠結(jié)構(gòu)密封性

隔震橡膠支座內(nèi)部為一層鋼板、一層橡膠相疊加的真空疊合結(jié)構(gòu)，在沒有氧氣參與下無法燃燒。如果能夠保證疊層橡膠結(jié)構(gòu)的密封性，防止空氣進(jìn)入內(nèi)部，就能在火災(zāi)發(fā)生時(shí)有效保護(hù)疊層橡膠結(jié)構(gòu)。目前大部分廠家生產(chǎn)的支座所采用的防火封堵板為鋼板，鋼材導(dǎo)熱系數(shù)比橡膠材料大很多，火災(zāi)發(fā)生時(shí)隔震橡膠支座的上、下法蘭附近是防火薄弱位置。

（三）隔震橡膠支座的外部防火保護(hù)措施

1.屏蔽法

屏蔽法是指將隔震橡膠支座設(shè)置在耐火材料構(gòu)成的封閉空間中，支座與火災(zāi)產(chǎn)生的高溫和火焰直接相隔離。屏蔽法可以在火災(zāi)時(shí)大大降低橡膠支座內(nèi)部的升溫速率。與其他方法相區(qū)別的是：在包封法和涂抹法中，防火材料與支座直接相連或接觸，而屏蔽法中，支座與防火材料間留有一定空間和距離。屏蔽法在施工時(shí)應(yīng)注意接縫處的密封性，以避免火焰侵入后與防火板和支座間的空氣混合發(fā)生燃燒反應(yīng)。

2.包封法

包封法是指在隔震支座橡膠層外部包裹一層具有防火隔熱功能的外包層，通常采用纖維類柔性防火材料以滿足支座在地震時(shí)的活動(dòng)性。比如，北京大興機(jī)場(chǎng)在部分支座外側(cè)設(shè)置了一定厚度的防火織物[4]，一方面，可以起到阻隔火焰的作用；另一方面，防火織物可隨支座活動(dòng)。但是織物類防火材料的防潮性和耐腐蝕性較差，所以安裝時(shí)應(yīng)保證其方便定期更換。

3.噴涂法

噴涂法的原理是直接在支座表面涂抹一層防火涂料形成保護(hù)層。該方法具有施工簡便、附加重量輕、不受形狀限制等特點(diǎn)，但對(duì)涂敷的基底、環(huán)境條件與施工人員的技術(shù)要求較高。噴涂法采用涂料-鋼絲網(wǎng)-涂料的方式進(jìn)行分層涂抹，可以有效避免地震時(shí)涂料層由于支座位移產(chǎn)生脫落。

三、防火保護(hù)存在的問題

（一）缺乏相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

目前國內(nèi)從隔震橡膠支座防火材料的選擇、防火保護(hù)設(shè)計(jì)方法到工程施工和驗(yàn)收都沒有相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，大部分隔震工程從最初的設(shè)計(jì)階段就忽視了支座的防火保護(hù)需求。

隨著隔震技術(shù)的發(fā)展，位于國內(nèi)活躍地震板塊的甘孜、阿壩等地的住建局也在大力倡導(dǎo)新建建筑采用減隔震措施。如甘孜州某醫(yī)院門診大樓，占地面積5.8萬平方米，建筑面積16.5萬平方米，采用44個(gè)LRB700的橡膠隔震支座進(jìn)行隔震處理，支座安裝在地基與基礎(chǔ)之間，隔震層位于吊一層隔層中，并單獨(dú)設(shè)置一個(gè)檢修口，但支座未采取任何保護(hù)措施；康定市某幼兒園，屬市級(jí)重點(diǎn)人員密集場(chǎng)所，由于該場(chǎng)所地下隔震層常年漫水，無法進(jìn)入隔震層內(nèi)部檢修和勘察，處于長期失管狀態(tài)，如圖1所示。

甘孜州某醫(yī)院門診大樓、康定市某幼兒園等重要公共建筑的隔震支座均未采取任何保護(hù)措施，直接將橡膠支座裸露空氣中或僅纏繞少量膠帶，如圖1所示。

（二）防火保護(hù)層的使用周期不明確

防火保護(hù)層在地震和長時(shí)間使用的情況下會(huì)產(chǎn)生一定的損耗，比如防火涂料開裂或柔性防火材料松動(dòng)。目前行業(yè)內(nèi)未明確各類防火保護(hù)層的維修、更換周期，支座在經(jīng)歷多大震級(jí)的地震后需要修補(bǔ)也尚不清楚，同時(shí)物業(yè)和工程管理人員缺乏相關(guān)意識(shí)和專業(yè)知識(shí)，監(jiān)管部門缺少執(zhí)法依據(jù)，在工程后期的維護(hù)保養(yǎng)中，支座防火保護(hù)層的檢修和監(jiān)管未受到重視。

（三）防火分區(qū)設(shè)計(jì)與隔震設(shè)計(jì)有沖突

隔震層按照位置分為基礎(chǔ)隔震和層間隔震，常見的有與地下車庫合用的隔震層。地下室作為一級(jí)耐火等級(jí)建筑，需要每 500 平方米設(shè)置一個(gè)防火分區(qū)才能符合消防驗(yàn)收要求。

地下室的防火分區(qū)通常采用實(shí)體防火墻和局部防火卷簾進(jìn)行分隔，而實(shí)體墻會(huì)影響隔震層的整體隔震效果。同時(shí)，由于隔震層內(nèi)所有框架柱頂部均設(shè)有隔震支座，部分框架柱和上部隔震支座位于兩個(gè)防火分區(qū)的交界位置，犧牲了防火分區(qū)的密封性以滿足支座的可活動(dòng)性，有些將支座與實(shí)體墻直接相連，犧牲了支座的可活動(dòng)性以滿足防火分區(qū)的完全獨(dú)立，如圖2所示。

位于阿壩州茂縣某辦公大樓，地下室隔震層采用了防火分區(qū)設(shè)計(jì)，但防火分區(qū)處的隔震支座與防火墻緊密相連，限制了隔震支座的水平位移，并存在一定開裂、鼓包；甘孜州某商住樓的地下室隔震層在防火分區(qū)設(shè)計(jì)時(shí)考慮到了支座的可活動(dòng)性，但由于支座周圍需要預(yù)留活動(dòng)空間，導(dǎo)致支座兩側(cè)的防火分區(qū)空間相互連通，不能達(dá)到獨(dú)立分區(qū)的效果。這些隔震層設(shè)計(jì)不但不能將隔震層和防火分區(qū)的功能完全發(fā)揮，甚至?xí)?duì)建筑構(gòu)件造成不良影響，因此傳統(tǒng)的防火分區(qū)設(shè)計(jì)并不適用于隔震層。

四、消防監(jiān)督管理對(duì)策分析

（一）優(yōu)化隔震層防火保護(hù)設(shè)計(jì)方案

建筑隔震橡膠支座的防火保護(hù)措施應(yīng)遵循安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用原則，同時(shí)需要考慮的條件包括：有效保證隔震橡膠支座在規(guī)定耐火時(shí)間內(nèi)安全可靠；防火材料應(yīng)易于與橡膠材料結(jié)合，并對(duì)疊層橡膠結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生不利影響；當(dāng)?shù)卣饘?dǎo)致支座產(chǎn)生較大變形時(shí)，防火保護(hù)層能隨支座產(chǎn)生一定位移并不應(yīng)發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞，仍能保持原有的保護(hù)作用直至規(guī)定的耐火時(shí)間；施工方便，易于維修和檢測(cè)；防火保護(hù)材料燃燒后產(chǎn)生的氣體不應(yīng)對(duì)人體有毒害；要避免防火材料掉落傷人。

（二）建立防火保護(hù)產(chǎn)品市場(chǎng)準(zhǔn)入制度

目前，消防產(chǎn)品市場(chǎng)準(zhǔn)入制度分為：3C認(rèn)證、技術(shù)鑒定、自愿性認(rèn)證和強(qiáng)制檢驗(yàn)。具有防火保護(hù)措施的建筑隔震橡膠支座產(chǎn)品目前沒有可以參照的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因此可參考消防產(chǎn)品的市場(chǎng)準(zhǔn)入制度，采用技術(shù)鑒定的方式。

（三）完善隔震支座維護(hù)保養(yǎng)制度

根據(jù)《建筑消防設(shè)施的維護(hù)管理》GB 25201-2010規(guī)定，對(duì)建筑消防設(shè)施實(shí)施維護(hù)管理，確保其完好有效，是建筑物產(chǎn)權(quán)、管理和使用單位的法定職責(zé)[5]。相關(guān)部門應(yīng)對(duì)既有隔震建筑現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，建立隔震建筑數(shù)據(jù)庫，明確隔震支座防火保護(hù)層的使用年限和失效判據(jù)。建筑投入使用前，應(yīng)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和防火保護(hù)層的實(shí)際情況確定其維修周期和使用年限；投入使用后，管理和使用單位應(yīng)建立相應(yīng)維護(hù)保養(yǎng)臺(tái)賬，保證其完好有效性。

（四）加強(qiáng)防火監(jiān)督檢查

在日常消防監(jiān)督檢查和專項(xiàng)檢查時(shí)，應(yīng)專門對(duì)隔震層和相關(guān)隔震產(chǎn)品進(jìn)行檢查；實(shí)際使用過程中還應(yīng)進(jìn)行定期檢測(cè)維修，確保防火保護(hù)層的完好有效性和安全性。相關(guān)監(jiān)督管理應(yīng)由消防、住建等多個(gè)部門配合，從而更好保障人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

結(jié)語

通過對(duì)三種建筑隔震橡膠支座的防火保護(hù)措施進(jìn)行分析比較，可以得出以下結(jié)論：屏蔽法抗火性能優(yōu)異，對(duì)隔震結(jié)構(gòu)影響最小，但其施工工藝較復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)成本較高；包封法耐火性能好，施工簡便，安裝靈活，但織物類防火材料的耐久性差，需要定期更換維護(hù)；噴涂法重量輕、不受形狀限制，但對(duì)防火涂料的耐火時(shí)間和涂抹技術(shù)要求較高?；趯?shí)地考察成果，本文列舉了隔震支座防火保護(hù)方面常見的三類問題，并給出相應(yīng)對(duì)策。在地震頻發(fā)地區(qū)，要著重關(guān)注防火和抗震防范機(jī)制間可能存在的相互影響，并有一套科學(xué)可行的建設(shè)、驗(yàn)收、監(jiān)督、維護(hù)辦法來參考。隨著隔震技術(shù)的應(yīng)用推廣，從隔震建筑的設(shè)計(jì)階段到防火保護(hù)材料的生產(chǎn)銷售階段，再到實(shí)際工程的使用階段，住建部門、市場(chǎng)監(jiān)督管理部門、消防救援機(jī)構(gòu)需要充分發(fā)揮聯(lián)合執(zhí)法機(jī)制，使隔震橡膠支座的有效性和安全性得到充分保障，推進(jìn)消防救援工作高質(zhì)量發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]

ZHANG X， SHI H， LIU J， et al. Combustion and mechanical properties of natural rubber based on carboxyl modified carbon nanotubes and intumescent flame retardant[J].Plastics， Rubber and Composites，2022，51（09）.

[2]WANG J， WANG X， ZHOU Z， et al. Flame-retardant effect of tannic acid-based intumescent fire-retardant applied on flammable natural rubber[J].RSC Adv，2022，12（46）： 28-38.

[3]段先軍，劉云飛，雷素素，等.北京大興國際機(jī)場(chǎng)航站樓核心區(qū)工程層間隔震支座及防火包封施工技術(shù)[J].施工技術(shù)，2019，48（14）：16-9+65.

[4]張強(qiáng).消防產(chǎn)品日常監(jiān)督管理難點(diǎn)及建議[J].消防界（電子版），2022，8（22）：115-7.

[5]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.《建筑消防設(shè)施的維護(hù)管理》GB25201-2010[N].