浅谈钢结构建筑中墙梁、檩条的防火措施

浅谈钢结构建筑中墙梁、檩条的防火措施

张皓

（四川电力设计咨询有限责任公司四川成都610000）

1引言

钢结构作为继木结构、钢筋混凝土结构之后的又一重要的结构形式被广泛用于大跨度空间设计和工业厂房设计中。但是，钢铁材料的防火性能较差，实验证明，钢加热后的强度将会很快下降。在满载的情况下，正常的施工钢加热300℃后，刚体的力量开始急剧下降，其各种力学性能如屈服强度和弹性模量、抗压能力和负载能力将显著降低。因此，在建设项目中，必须注意钢结构的防火工作，这样才能保证钢结构建筑的安全性和耐久性，减少事故的发生。

其中，对主体钢结构（如钢柱、钢梁、屋顶承重构件等）的耐火等级的规定在规范中已经很明确，但是对压型金属板复合墙体、夹芯板复合墙体中的墙梁的耐火等级，或压型金属板复合屋面中的檩条并无明确要求，故而无法得知此类构件所需要达到的耐火极限以及具体的防火保护措施。本文主要探讨的就是此类构件在某些特定情况下的防火措施。

2规范中对此类构件的耐火极限的定义

在GB50016-2014中，表3.2.1中对建筑物构件在不同耐火等级下都做出详细的耐火极限要求，其中均未提及檩条、墙梁归属于哪类构件，故无法明确定义其耐火极限。

在CECS200:2006中2.1.9条，对屋盖承重构件做出了明确的定义：“用于承受屋面荷载的主要结构构件。例如，组成屋盖网架、网壳、桁架的构件和屋面梁、支撑等。屋面檩条一般不当做屋盖承重构件，但当檩条同时起屋盖结构系统的支撑作用时，则应当做屋盖承重构件。”由此可见，一般情况下，屋面檩条并不属于承重构件。由于墙梁在墙体系统中和檩条在屋面系统中起到的作用类似，应均不属于承重构件，故我们称之为次要结构件。

而在美国消防协会出版的NFPA5000《建筑结构和安全》中，37.4.3条“MCMshallnotreducetherequiredfireresistanceratingoftheexteriorwalltowhichtheMCMareattached.”MCM是指复合金属材料，虽然更多的情况是指附加在外墙上的复合金属装饰板，但是这条规范也指出了一点，即是附加在外墙中的金属构件不能减少或降低该墙体本应达到的耐火极限，屋面也理应同理。跟本文主要讨论的墙梁、檩条在墙体、屋面内部，属于其系统中的一部分的这种情况是有相似之处的。

3耐火极限及其判定标准

在GB/T9978.1-2008中，关于耐火极限及判定准则的定义：试件应满足的耐火性能，包括承重构件的稳定性和建筑分隔构件完整性和隔热性，其判定准则用时间长短表示。且丧失隔热性的标准是指平均温度温升超过初始平均温度140℃或任一点位置的温度温升超过初始温度180℃。

由规范的要求可见，只对承重构件才有稳定性的要求，由于墙梁、檩条不属于承重构件，故我们暂可不考虑其在火灾作用下的稳定性保持，但是，从分隔构件完整性和隔热性的角度出发，该如何考虑呢？

在《消防技术及产品信息》中于2009年刊登的一篇名为《门式钢刚架斜梁和檩条在局部火灾下温度分布的试验研究》中，其试验得出：檩条下方设置防火保护层，能够有效的降低截面各处的温度，使得构件的强度和刚度处于或接近正常工作的范围内，试验结果如下图所示[3]:

图1：不同火焰温度下的檩条温度分布

图2：檩条下方设置防火保护层时的温度分布（当火焰温度为600℃时）

由此试验可见，檩条下方不设置防火保护层的时候，其另一端的温度是介于200℃到400℃之间的，结合到前文对隔热性丧失的定义，檩条传递的温度是高于任一点的温升超过180℃这个要求的。

4墙梁、檩条、轻钢龙骨在特定情况下的防火措施

常见的墙梁、檩条布置方式主要有露明型和暗藏型，如下图所示：

在上述几种布置方式中，主要区别在于墙梁、檩条是否在整个墙体、屋面系统之内，对于轻钢龙骨内隔墙，我们可以理解为轻钢龙骨相当于包含在墙体系统之内的墙梁。本文只讨论墙梁、檩条位于墙体、屋面系统之内的情况（即暗藏型布置）。对于露明型布置，因为此时墙梁、檩条不直接参与到墙体、屋面系统内部的防火工作中间来，故仅单纯的认为其为独立的结构构件，按照现行的国内规范要求，是不需要做额外防火保护的。

在国标图集J925-1、2、3中，均未对墙梁、檩条做出明确的防火保护要求。但是，在07J905-1《防火建筑构造（一）》中，有一种外墙系统中的墙梁是要求在其表面涂刷0.6厚防火涂料，如下图所示：

图3常见屋面檩条露明型布置

图4常见屋面檩条暗藏型布置

图5常见墙面墙梁露明型布置

从建筑分隔件的完整性考虑，由图7可见，此时方钢管属于墙体系统和主体钢结构之间的连接构件，属于墙梁，且包含于整个墙体系统之中，类似于暗藏型布置，但有别于一般的C型或Z型墙梁，方钢管内部不方便用防火隔热材料填充。所以，在这种情况下，如果此类金属夹芯板组合外墙用作防火墙时，并且其墙梁部分不涂刷防火涂料，则会有以下两种后果：一是方钢管内部空腔形成热桥，容易使背部温度超标，二是在这个部位上，缺少本应填充的岩棉，对于整个墙体来说，这部分肯定最容易率先发生火焰穿透，发生建筑分隔件的完整性破坏。同理，图4、6中，如檩条、墙梁不做防火保护，在此部位仅有两侧的压型金属板，显然也是达不到跟其他部位同样的防火性能。

图6常见墙面墙梁暗藏型布置

从建筑分隔件的隔热性考虑，因图7中的做法是墙梁外侧夹芯板，内侧石膏板，我们可以认为，因夹芯板的隔热作用，整个墙体在内侧受火时，外侧表面的温升限值，即使是在方钢管不涂刷防火涂料的情况下，或许也是能够满足要求的，这取决于墙梁两侧的材料性质及厚度。但是对现场复合压型金属板墙体或屋面，特别如图4、5、6中，墙梁、檩条是直接与内外金属板相连接，虽然大多数情况下，外侧金属板和墙梁、檩条之间是有隔热垫层的，这里的隔热垫层对墙体的火灾温度传递的消减作用还有待商榷，但是固定两侧金属板的自攻螺钉是直接连接在墙梁、檩条上的，严格意义上来讲，任一点的温升限值也应该包括这一点的。而且从国标图集J905-1上的有防火要求的外墙做法可以看出，全部为至少有一侧有相当厚度的的无机材料或金属夹芯板，正是出于对建筑分隔件的隔热性要求的考虑，现场复合金属墙体的连接构造及单层金属板的传热的物理特征，很难满足温升要求，但是我认为，类似图6这种现场复合压型金属板墙体，如果其墙梁在受火侧有足够的防火保护，能够阻止火灾温度通过这一点先于耐火极限传递到背火侧，且在其墙梁中间填充A级不燃材料，能够阻止火焰先于耐火极限穿透至背火侧，此时，这类现场复合压型金属板墙体也是能够作为防火墙或者防火隔墙的。

图7：某种外墙系统

5总结

综上所述，我认为在以下情况中墙梁、檩条、轻钢龙骨应作出额外的防火保护：

1、檩条起到屋盖结构系统的支撑作用时，其按屋盖承重构件考虑，应按规范要求的耐火极限做出相应的防火保护措施。

2、墙梁、檩条、轻钢龙骨位于建筑分隔件系统之中，其的存在，会对整个构件的受火完整性及隔热性造成不利影响，如火焰会在耐火极限之前穿透此部位，或是在耐火极限之前受火侧的温度会通过这些构件传递到背火面一侧，从而超过规范限值。此时，墙梁、檩条、轻钢龙骨应当涂刷防火涂料。

如果此类构件内部可填充A级不燃材料，那么至少需在其受火侧一面做出增加隔热性能的防火保护即可，以保证受火侧的温度不会很快的通过这类构件传递过去。如果此类构件内部不便于填充A级不燃材料（如方钢管、需要槽口朝下布置的C型墙梁），此时则需要整个构件达到耐火极限下完整性的要求，建议在这类构件两侧均设置增加受火完整性的保护措施。

总的来说，就是墙梁、檩条、轻钢龙骨的存在破坏了原有系统的受火完整性及隔热性，此时，就应该从完整性和隔热性的角度对此类构件做出补偿性质的防火保护措施。考虑到成本和施工便利性，通常为涂刷防火涂料。

以上分析为本人根据现有国内规范、图集以及相关论文做出的一个较为感性的判断，国内规范、图集对这类构件的防火要求还较为模糊不清，广大设计同仁对这类构件的防火保护要求都持有不同意见，希望国内规范早日明确此类建筑构件在不同情况下应采取怎样的防火保护措施。

作者简介

张皓（1993-）男，汉族，大本，助理工程师，主要从事建筑专业设计工作。