250m以上超高層建筑層間防火構(gòu)造設(shè)計(jì)研究

作者簡(jiǎn)介：湯衡（1987—），女，漢族，湖北宜昌人，碩士研究生，工程師，研究方向：超高層建筑。

摘要：對(duì)于高度大于250m的超高層建筑，層間防火設(shè)計(jì)是防火構(gòu)造中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。本文結(jié)合工程實(shí)踐，系統(tǒng)總結(jié)了大于250m超高層建筑層間防火構(gòu)造的做法，介紹了樓板下方、樓板上方實(shí)體墻以及縫隙封堵的常見(jiàn)構(gòu)造措施，并指出設(shè)計(jì)及施工中需要注意的問(wèn)題。對(duì)結(jié)構(gòu)邊梁高度不足或者邊梁距離幕墻尺寸過(guò)大的特殊情況進(jìn)行了深度剖析，就樓板下非實(shí)體墻構(gòu)造與建筑主體的加強(qiáng)連接給出了創(chuàng)新性的解決方案。

關(guān)鍵詞：超高層建筑；層間開(kāi)口；層間防火；層間封堵構(gòu)造

引言

當(dāng)前，超高層建筑迅猛發(fā)展，隨之而來(lái)的消防安全問(wèn)題也層出不窮。層間防火設(shè)計(jì)向來(lái)是超高層建筑消防安全設(shè)計(jì)的重難點(diǎn)，特別是大于250m的超高層建筑，火災(zāi)危險(xiǎn)性相較于普通超高層明顯增加。由于外立面通常為玻璃幕墻，大部分幕墻建筑存在空腔結(jié)構(gòu)，這些空腔上下貫通，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)會(huì)產(chǎn)生煙囪效應(yīng)，如不采取一定的分隔措施，會(huì)加劇火勢(shì)在水平方向和豎向的迅速蔓延，導(dǎo)致建筑整體著火，難以實(shí)施撲救^[1]。因此，研究超高層建筑層間開(kāi)口之間的防火構(gòu)造設(shè)計(jì)具有重要意義。

一、設(shè)計(jì)規(guī)范要求解讀

根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范GB50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（2018年版）（以下簡(jiǎn)稱《建規(guī)》）6.2.5除本規(guī)范另有規(guī)定外，建筑外墻上、下層開(kāi)口之間應(yīng)設(shè)置高度不小于1.2m的實(shí)體墻或挑出寬度不小于1.0m、長(zhǎng)度不小于開(kāi)口寬度的防火挑檐；當(dāng)室內(nèi)設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)時(shí)，上、下層開(kāi)口之間的實(shí)體墻高度不應(yīng)小于0.8m。當(dāng)上、下層開(kāi)口之間設(shè)置實(shí)體墻確有困難時(shí)，可設(shè)置防火玻璃墻，但高層建筑防火玻璃墻的耐火完整性不應(yīng)低于1.00h，多層建筑防火玻璃墻的耐火完整性不應(yīng)低于0.50h^[2]。6.2.6建筑幕墻應(yīng)在每層樓板外沿處采取符合本規(guī)范第6.2.5條規(guī)定的防火措施，幕墻與每層樓板、隔墻處的縫隙應(yīng)采用防火封堵材料封堵。

高度大于250m以上建筑執(zhí)行《建筑高度大于250米民用建筑防火設(shè)計(jì)加強(qiáng)性技術(shù)要求（試行）》（以下簡(jiǎn)稱《加強(qiáng)性技術(shù)要求》）第九條，在建筑外墻上、下層開(kāi)口之間應(yīng)設(shè)置高度不小于1.5m的不燃性實(shí)體墻，在樓板上的高度不應(yīng)小于0.6m；當(dāng)采用防火挑檐替代時(shí)，防火挑檐的出挑寬度不應(yīng)小于1.0m、長(zhǎng)度不應(yīng)小于開(kāi)口的寬度兩側(cè)各延長(zhǎng)0.5m^[3]。鑒于設(shè)置防火挑檐的設(shè)計(jì)不常用且一般無(wú)設(shè)計(jì)爭(zhēng)議，本文僅探討250m以上超高層上下層開(kāi)口之間墻體及封堵構(gòu)造措施。

普通建筑的層間防火實(shí)體墻要求為1.2m（設(shè)自噴時(shí)為0.8m），縫隙處應(yīng)采用防火封堵材料封堵，以上為建筑層間防止火災(zāi)蔓延的構(gòu)造基本要求和措施。因250m以上建筑相較于普通建筑火災(zāi)危險(xiǎn)性增大，因此《加強(qiáng)性技術(shù)要求》在《建規(guī)》的基礎(chǔ)上對(duì)層間開(kāi)口的防護(hù)高度要求由1.2m增加至1.5m，并且樓板上方的高度要求不小于0.6m，以進(jìn)一步加強(qiáng)層間防火措施。

層間防火構(gòu)造分為兩部分，即板上構(gòu)造及板下構(gòu)造，大于250m的超高層建筑要求板上不小于0.6m。在實(shí)際工程中，一般為了保證室內(nèi)效果的通透性，板上高度一般不會(huì)超過(guò)0.6m，板下高度要求至少為0.9m。如果邊梁高度大于0.9m，通常利用結(jié)構(gòu)梁作為層間防火的實(shí)體墻。然而，仍然存在大量邊梁高度不足0.9m或者梁距離幕墻尺寸過(guò)大的工程案例。在這種情況下，樓板下方層間開(kāi)口防火構(gòu)造的設(shè)計(jì)往往具有爭(zhēng)議。9r5Wdciyv973/mAVSyPzNg==爭(zhēng)議點(diǎn)在于各地專家、圖審單位對(duì)于《加強(qiáng)性技術(shù)要求》中的“不燃性實(shí)體墻”有不同的理解和審查尺度?？傮w來(lái)說(shuō)，樓板下方層間防火構(gòu)造做法一般有利用結(jié)構(gòu)邊梁和下掛輕質(zhì)復(fù)合墻體兩大類(lèi)做法。

二、層間防火—樓板下方構(gòu)造做法

（一）利用結(jié)構(gòu)邊梁

利用建筑本身的結(jié)構(gòu)邊梁作為樓板下方的層間“不燃性實(shí)體墻”是最常見(jiàn)、最經(jīng)濟(jì)可靠的做法。0.9m的結(jié)構(gòu)邊梁加上樓板上方0.6m高的反坎，能滿足層間防火構(gòu)造1.5m不燃性實(shí)體墻的要求，只需要完善縫隙的封堵構(gòu)造就能保證層間防火措施的可靠性。

某項(xiàng)目（圖1）從結(jié)構(gòu)板面算起，樓板下方層間防火實(shí)體墻利用樓板厚度及結(jié)構(gòu)鋼梁本身的高度，總高度為0.9m，樓板上方反坎的高度為0.6m，總高度達(dá)到1.5m。

（二）輕質(zhì)復(fù)合墻板下掛

1.一般做法

在實(shí)際項(xiàng)目中，通常存在結(jié)構(gòu)梁距離幕墻內(nèi)邊較遠(yuǎn)或者梁高度不足的情況，在專家或者圖審允許的情況下，在結(jié)構(gòu)板邊下掛輕質(zhì)復(fù)合墻板墻裙作為層間防火分隔構(gòu)造也是常見(jiàn)的做法。輕質(zhì)復(fù)合板墻裙構(gòu)造為防火棉+防火板包裹，耐火極限須達(dá)到1.0h，現(xiàn)場(chǎng)安裝前提供該防火墻裙整體構(gòu)件的檢驗(yàn)報(bào)告。具體設(shè)計(jì)可參考《建規(guī)》附錄附表1中滿足耐火極限1h的復(fù)合墻體，其構(gòu)造可參考國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集07J905-1防火建筑構(gòu)造（一）11頁(yè)及類(lèi)似措施。例如，在某項(xiàng)目中，辦公主體塔樓結(jié)構(gòu)邊梁距離幕墻邊較遠(yuǎn)，無(wú)法利用結(jié)構(gòu)邊梁作為層間防火的下方實(shí)體墻，在結(jié)構(gòu)板邊另設(shè)輕質(zhì)復(fù)合墻板，自樓板上沿起總高1.5m，構(gòu)造為防火棉+纖維增強(qiáng)硅酸鈣板包裹（圖2、圖3）。

對(duì)于有結(jié)構(gòu)邊梁但結(jié)構(gòu)邊梁高度不足的情況，只需在鋼梁下部下掛復(fù)合墻板，補(bǔ)足下方高度的不足即可。例如，深圳福田灣區(qū)智慧廣場(chǎng)項(xiàng)目，邊梁高度約為350mm，邊梁下下掛高度為400mm的鋼面石膏復(fù)合板，結(jié)構(gòu)板上設(shè)600mm高砌體墻，結(jié)構(gòu)板下高度總共為900mm，共同組合為層間防火構(gòu)造的下方實(shí)體墻（圖4）^[4]。圖4 鋼梁與下掛復(fù)合墻板共同組合

2.加強(qiáng)做法

隨著對(duì)于超高層建筑高度的控制以及超高層相關(guān)規(guī)范和制度的完善，超高層消防審查力度日趨嚴(yán)格，對(duì)于高度大于250m的超高層建筑，因其防火設(shè)計(jì)要求遠(yuǎn)高于一般建筑，消防專家或圖審機(jī)構(gòu)可能會(huì)對(duì)利用輕質(zhì)復(fù)合墻體作為層間防火“實(shí)體墻”的做法提出質(zhì)疑。輕質(zhì)復(fù)合墻體本身雖然從防火性能上能達(dá)到相應(yīng)耐火極限要求，但因其與主體結(jié)構(gòu)是通過(guò)二次連接的方式固定在樓板或梁下，在火災(zāi)高溫時(shí)與主體連接的可靠度及牢固度是專家的質(zhì)疑點(diǎn)。在蘇州某超高層項(xiàng)目中，為加強(qiáng)連接的可靠度，在構(gòu)造上創(chuàng)新性地采用了鋼方管焊接固定的方式，確保在火災(zāi)時(shí)絕對(duì)可靠，該構(gòu)造措施已通過(guò)消防專項(xiàng)評(píng)審會(huì)的審核，具體構(gòu)造措施如圖5。樓板底部設(shè)置預(yù)埋件，間距不大于1800mm；豎向50×30×4（mm）方鋼管焊接于樓板底部預(yù)埋件；豎向50×30×4（mm）方鋼管懸挑端焊接200×100×4（mm）鋼托板；將防火成品下掛板放置于鋼托板；通過(guò)不銹鋼自攻釘將防火成品下掛板掛耳固定于豎向50×30×4（mm）方鋼管外側(cè)；拼縫處防火密封膠封堵；外露鋼件噴防火漆。

三、層間防火—樓板上方構(gòu)造做法

（一）材料選擇

《加強(qiáng)性技術(shù)要求》中第九條，樓板上方的高度要求不小于0.6m。樓板上方防火反坎一般材料可選用砌塊、現(xiàn)澆混凝土或ALC板等，不同的材料選擇各有利弊。若項(xiàng)目為混凝土結(jié)構(gòu)，在樓板上方直接現(xiàn)澆0.6m高的反坎作為層間防火上方實(shí)體墻是最可靠、最經(jīng)濟(jì)的方式，施工也相對(duì)方便快捷。通常大于250m的超高層建筑多為鋼結(jié)構(gòu)，若從疊合樓板上直接現(xiàn)澆0.6m高反坎對(duì)結(jié)構(gòu)受力及施工便捷性來(lái)說(shuō)都不合理，因此一般鋼結(jié)構(gòu)建筑的板上防火反坎采用砌體砌筑或者ALC板拼接的方式。砌體砌筑具有材料易得、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠等特點(diǎn)，由于現(xiàn)場(chǎng)存在濕作業(yè)、速度慢等問(wèn)題，部分施工不推薦采用。ALC板具有模數(shù)化、快速施工等特點(diǎn)，是層間防火樓板上方構(gòu)造的最常用材料。

（二）ALC板構(gòu)造處理

對(duì)于ALC板構(gòu)造，以江蘇省標(biāo)圖集—蘇G29-2019《輕質(zhì)內(nèi)隔墻構(gòu)造圖集》為例，要求墻板安裝長(zhǎng)度超過(guò)6m時(shí)，應(yīng)增加構(gòu)造柱，構(gòu)造柱可采用方鋼柱、H型鋼柱或鋼筋混凝土柱。對(duì)于頂部，因其為自由端，規(guī)范要求做角鋼、槽鋼或配筋混凝土壓頂，壓頂與主體結(jié)構(gòu)應(yīng)牢固連接，所有外露鐵件均應(yīng)做防銹處理。墻板頂部壓頂做法如圖6^[5]。

對(duì)于幕墻預(yù)埋件頂埋的情況，預(yù)埋件會(huì)凸出混凝土樓板上方，與成品ALC板會(huì)存在沖突，一般的處理方法是根據(jù)幕墻分隔尺寸及預(yù)埋件尺寸預(yù)留洞口，等幕墻施工完成后澆筑。下圖所示為某項(xiàng)目層間防火上沿ALC板的預(yù)留洞設(shè)計(jì)，按幕墻分格尺寸A均勻預(yù)留400×150的洞口，以上在工廠批量加工完成，現(xiàn)場(chǎng)直接組裝，待幕墻施工完成后澆筑封堵洞口（圖7）。

（三）反坎結(jié)合護(hù)窗欄桿

層間防火板上的反坎高度對(duì)于室內(nèi)空間效果的通透性有一定影響。部分項(xiàng)目轉(zhuǎn)變思路，將規(guī)范壁壘轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)可利用的條件，將塔樓的防火反坎與幕墻護(hù)窗欄桿的需求結(jié)合起來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。規(guī)范要求護(hù)窗欄桿高度不小于0.8m，將板上反坎高度調(diào)整至面層上方尺寸不小于0.8m（大于防火規(guī)范0.6m要求），加上梁高約0.8m，建筑外墻上下開(kāi)口之間設(shè)置高度不小于1.5m的不燃性實(shí)體墻，既可解決消防問(wèn)題，又可兼顧防護(hù)安全。

四、層間封堵構(gòu)造

對(duì)于外立面為玻璃幕墻的建筑，除了層間設(shè)實(shí)體墻的防火措施外，《建規(guī)》6.2.6條還要求幕墻與每層樓板、隔墻處的縫隙應(yīng)采用防火封堵材料封堵。本條規(guī)定了建筑幕墻應(yīng)采取防火構(gòu)造措施的原則和要求以阻止火災(zāi)通過(guò)幕墻空腔在建筑上下層間蔓延^[6]。封堵填充材料常用玻璃棉、硅酸鋁棉等不燃材料。在實(shí)際工程中，因受震動(dòng)和溫差影響存在脫落、開(kāi)裂等問(wèn)題，因此規(guī)定幕墻與每層樓板、隔墻處的縫隙要采用具有一定彈性和防火性能的材料填塞密實(shí)。根據(jù)《GB/T51410-2020：建筑防火封堵應(yīng)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，封堵厚度不應(yīng)小于200mm。

對(duì)于封堵的構(gòu)造，《建筑幕墻防火技術(shù)規(guī)程》中要求礦物棉的密度不應(yīng)小于80kg/m³；樓面處幕墻防火封堵構(gòu)造應(yīng)采用1.5mm厚鍍鋅鋼板作為承托板^[7]；梁底處幕墻防火封堵構(gòu)造系統(tǒng)懸挑長(zhǎng)度大于300mm時(shí)，應(yīng)采用與主體結(jié)構(gòu)固定的獨(dú)立鋼架支撐的幕墻防火封堵構(gòu)造（圖8、圖10），懸挑小于300mm時(shí)，可采用鍍鋅鋼板作為承托板；承托板與幕墻及主體結(jié)構(gòu)的縫隙應(yīng)采用防火封堵材料進(jìn)行密封（圖9、圖11）；上層礦物棉的上表面宜覆蓋具有彈性的防火封堵材料。

在實(shí)際工程案例中，封堵構(gòu)造懸挑大于300mm的構(gòu)造，因獨(dú)立鋼架支撐，需要相應(yīng)的構(gòu)造措施以確保設(shè)計(jì)及施工的可靠性。推薦安裝流程工藝如下：安裝豎向龍骨用以支撐防火板板面（龍骨可選用鍍鋅角鋼或輕鋼龍骨）；龍骨與結(jié)構(gòu)需要使用緊固件可靠固定，另一端根據(jù)工程結(jié)構(gòu)及玻璃幕墻具體安裝方法進(jìn)行固定；防火板板面橫向龍骨間距不應(yīng)大于400mm，保證板面在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中不出現(xiàn)彎曲，緊固件不建議使用沉頭自攻螺釘，應(yīng)采用盤(pán)頭自攻自轉(zhuǎn)螺釘加大墊片；轉(zhuǎn)角處龍骨橫向布置，不應(yīng)大于300mm，固定板材時(shí)，螺釘距板材邊緣距離不應(yīng)小于10mm；防火板與防火板之間應(yīng)留有不小于8mm的變形縫隙，縫隙處使用防火密封膠密封。因防火板耐火極限較高，部分項(xiàng)目在防火板上方未使用防火棉。由于大于250m的超高層建筑火災(zāi)危險(xiǎn)性大，從安全角度出發(fā)，建議在防火板上設(shè)200mm厚防火棉作為封堵。

結(jié)語(yǔ)

大于250m的超高層層間消防隔斷設(shè)計(jì)是超高層建筑消防安全設(shè)計(jì)的重點(diǎn)^[8]。通過(guò)前文解析，要實(shí)現(xiàn)安全高效的層間防火設(shè)計(jì)，需注意以下幾點(diǎn)。第一，深入理解規(guī)范以及防火措施的原理，了解不同情況下層間防火及封堵構(gòu)造做法和常用設(shè)計(jì)方法；第二，把握材料特性及施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際做法，結(jié)合項(xiàng)目特征提出可行性措施并加以驗(yàn)證；第三，重視每個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，積累消防評(píng)審會(huì)特殊消防設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，舉一反三。建筑師應(yīng)堅(jiān)持“適用、安全、經(jīng)濟(jì)”原則，不斷提升自身業(yè)務(wù)能力，并重視理論與實(shí)踐相結(jié)合，才能使超高層層間防火設(shè)計(jì)更完善、更可靠。

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