姚建軍

（中鐵建設集團有限公司基礎設施事業(yè)部，北京 100040）

0 引言

GB 51251—2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術標準》［1］于2018年8月1日正式實施，要求建筑防煙、排煙系統(tǒng)設計應結合建筑特性和火災煙氣發(fā)展規(guī)律等因素，采取有效技術措施，做到安全可靠、技術先進、經(jīng)濟合理。依據(jù)標準3.3.8（加壓送風管道，當設置在吊頂內(nèi)時，其耐火極限不應低于0.50 h；當未設置在吊頂內(nèi)時，其耐火極限不應低于1.00 h）、4.4.8（排煙管道及其連接部件應能在280 ℃時連續(xù)30 min保證其結構完整性；水平設置的排煙管道應設置在吊頂內(nèi)，其耐火極限不應低于0.50 h；當確有困難時，可直接設置在室內(nèi)，但管道的耐火極限不應小于1.00 h；設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小于1.00 h，但設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（補風管道耐火極限不應低于0.50 h，當補風管道跨越防火分區(qū)時，管道的耐火極限不應小于1.50 h）條款規(guī)定，防煙、排煙系統(tǒng)采用在原風管外包覆防火板的技術措施，以滿足規(guī)范要求。

1 工程實例

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，蔣臺洼西路以西之間的地塊內(nèi)。車站規(guī)模為7 臺15 線，西側為普速車場，東側為高速車場，高、普速車場通過南北兩側咽喉區(qū)連通，普速車場為3臺5線，高速車場為5臺10線，其中第3站臺為普、高速車場共用。站房總建筑面積18.3萬m2；站臺面4.35萬m2；站臺雨棚6.2萬m2。

涉及防火板包覆風管的系統(tǒng)主要是地下停車場及城市通廊的防排煙系統(tǒng)、排煙補風系統(tǒng)、加壓送風系統(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，對防火板支吊架系統(tǒng)進行優(yōu)化，實現(xiàn)包覆的防火板吊架與風管共用一套支吊架系統(tǒng)，不再為每節(jié)防火板單獨加設支吊架，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)化前防火板風管側剖圖

圖2 優(yōu)化后風管防火板包覆構造示意圖

2 支吊架系統(tǒng)計算原則與驗算實例

2.1 計算原則

（1）荷載計算。支吊架承受的總荷載包括風管自重、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)定性計算。依據(jù)GB 50017—2017《鋼結構設計標準》［2］和GB 50018—2002《冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范》［3］相關章節(jié)進行計算。

（3）支吊架橫梁撓度與其跨度之比不大于l/250。

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

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

2.2 驗算實例

矩形鍍鋅鋼板風管，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

對于矩形風管，橫梁、吊桿受力計算見式（1）—式（13）。

吊架跨度：

鍍鋅鋼板風管荷載：

式中：ρ為鍍鋅鋼板密度，取值7 850 kg/m3。

法蘭荷載（風管連接為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：

橫梁強度驗算：

式中：f 為鋼材抗彎強度設計值。驗算結果符合規(guī)范要求。

橫梁整體穩(wěn)定性驗算：

式中：ψb為整體穩(wěn)定系數(shù)，通過計算得0.81。驗算結果符合規(guī)范要求。

橫梁撓度Ymax驗算：

式中：q為均布線荷載標準值，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。驗算結果符合要求。

吊桿驗算，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《通風管道技術規(guī)程》［5］第4.2.3條，吊桿最小規(guī)格應為φ10 mm。計入因螺紋削弱吊桿截面因素，實際吊桿截面積F實=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

緊貼風管管道外壁布設U 形輕鋼龍骨圈，間距610 mm 一道，遇到風管三通、彎頭、法蘭等適當調(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管截面尺寸匹配，角點兩側均用自攻釘緊固，安裝緊固后不松動變形［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，不得受潮或淋雨。巖棉與風管部件緊密貼合，無空隙；巖棉采用粘結保溫釘連接固定，結合應牢固，不脫落。保溫風管保溫釘?shù)姆植紤鶆?，底面不少?6 個/m2，側面不應少于10 個/m2，頂面不少于8 個/m2。首行保溫釘至風管或保溫材料邊緣的距離應小于120 mm。

3.3 防火板安裝固定

矩形防火板風管的四面壁板應按照施工圖紙風管截面尺寸、風管彎管、變徑處的板材下料。板材規(guī)格為：2 440 mm×1 220 mm，板厚8 mm，一般情況下風管按板材寬度做成每節(jié)長度1 220 mm，當風管長邊尺寸≤1 220 mm或風管兩邊之和≤1 220 mm時，風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。風管每節(jié)管段（包括三通、彎管等管件）的兩端面應平行，與管中線垂直。

防火風管拼接時縫隙滿涂防火膠，4 個角外包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，外包的角龍骨在風管四周接口錯開安裝（見圖5）。

圖5 角龍骨安裝示意圖

4 效益分析

矩形風管長邊不大于2 000 mm 的風管和長邊大于2 000 mm 的大型風管支架形式、材料規(guī)格及吊架間距由專業(yè)廠家計算確定，避免了風管系統(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，實現(xiàn)綠色節(jié)材，加快施工進度，降低施工成本，提高施工經(jīng)濟性，兩者成本對比見表1。經(jīng)對比，優(yōu)化后支架形式節(jié)約成本約121萬元。

表1 施工成本對比

5 結束語

隨著GB 51251—2017《建筑防煙排煙系統(tǒng)技術標準》實施，鐵路站房、公共建筑等防煙、排煙系統(tǒng)耐火極限設計要求也隨之提升，通過防火板包覆風管以提高耐火極限的方法將成為今后的發(fā)展趨勢，并為類似工程提供參考借鑒。