防火板包覆风管的优化设计与施工

姚建军

（中铁建设集团有限公司基础设施事业部，北京 100040）

0 引言

GB 51251—2017《建筑防烟排烟系统技术标准》［1］于2018年8月1日正式实施，要求建筑防烟、排烟系统设计应结合建筑特性和火灾烟气发展规律等因素，采取有效技术措施，做到安全可靠、技术先进、经济合理。依据标准3.3.8（加压送风管道，当设置在吊顶内时，其耐火极限不应低于0.50 h；当未设置在吊顶内时，其耐火极限不应低于1.00 h）、4.4.8（排烟管道及其连接部件应能在280 ℃时连续30 min保证其结构完整性；水平设置的排烟管道应设置在吊顶内，其耐火极限不应低于0.50 h；当确有困难时，可直接设置在室内，但管道的耐火极限不应小于1.00 h；设置在走道部位吊顶内的排烟管道，以及穿越防火分区的排烟管道，其管道的耐火极限不应小于1.00 h，但设备用房和汽车库的排烟管道耐火极限可不低于0.50 h）、4.5.7（补风管道耐火极限不应低于0.50 h，当补风管道跨越防火分区时，管道的耐火极限不应小于1.50 h）条款规定，防烟、排烟系统采用在原风管外包覆防火板的技术措施，以满足规范要求。

1 工程实例

北京朝阳站位于北京市东北部四五环之间，具体位置为姚家园北街以南，姚家园路以北，驼房营路以东，蒋台洼西路以西之间的地块内。车站规模为7 台15 线，西侧为普速车场，东侧为高速车场，高、普速车场通过南北两侧咽喉区连通，普速车场为3台5线，高速车场为5台10线，其中第3站台为普、高速车场共用。站房总建筑面积18.3万m2；站台面4.35万m2；站台雨棚6.2万m2。

涉及防火板包覆风管的系统主要是地下停车场及城市通廊的防排烟系统、排烟补风系统、加压送风系统，工作包括轻钢龙骨及防火板安装、系统支吊架安装。在保证质量和安全性的前提下，对防火板支吊架系统进行优化，实现包覆的防火板吊架与风管共用一套支吊架系统，不再为每节防火板单独加设支吊架，力求施工方便，提升观感质量，节约成本。防火板优化前后示意分别见图1、图2。

图1 优化前防火板风管侧剖图

图2 优化后风管防火板包覆构造示意图

2 支吊架系统计算原则与验算实例

2.1 计算原则

（1）荷载计算。支吊架承受的总荷载包括风管自重、防火板自重、法兰和管卡等附件重量以及保温层重量。

（2）支吊架承载力和稳定性计算。依据GB 50017—2017《钢结构设计标准》［2］和GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》［3］相关章节进行计算。

（3）支吊架横梁挠度与其跨度之比不大于l/250。

（4）适用风管规格。根据19K112《金属、非金属风管支吊架》［4］可知，适用于圆形风管直径或矩形风管长边不大于2 000 mm 的风管，当圆形风管直径或矩形风管边长大于2 000 mm 时，其支架形式和材料规格由计算确定。

各种支架材质均为Q235B 钢材，螺栓采用C 级Q235B，其他构件材质除特殊说明外，均采用Q235B钢材。

2.2 验算实例

矩形镀锌钢板风管，水平方向边长a=2 000 mm，垂直方向边长b=400 mm，板厚δ0=1.2 mm；保温层厚δ1=50 mm，容重100 kg/m³；防火板板厚δ2=8 mm，容重1 200 kg/m³，采用吊架安装，吊架间距L=2 500 mm。支架形式及受力方式见图3。

图3 支架形式及受力示意图

对于矩形风管，横梁、吊杆受力计算见式（1）—式（13）。

吊架跨度：

镀锌钢板风管荷载：

式中：ρ为镀锌钢板密度，取值7 850 kg/m³。

法兰荷载（风管连接为L40×4 角钢法兰，间距1 250 mm）：

保温荷载：

式中：ρ为岩棉密度，取值100 kg/m³。

包覆防火板荷载：

式中：ρ为防火板密度，取值1 200 kg/m³。

总荷载：

弯矩（按均布荷载考虑）：

横梁选用［5槽钢，其截面模数Wx=10.40 m3，槽钢单位长度质量P5=5.44 kg/m，横梁自质量的弯矩为：

总弯矩：

横梁强度验算：

式中：f 为钢材抗弯强度设计值。验算结果符合规范要求。

横梁整体稳定性验算：

式中：ψb为整体稳定系数，通过计算得0.81。验算结果符合规范要求。

横梁挠度Ymax验算：

式中：q为均布线荷载标准值，q=4 584.16/（1.35l）N/m；l 为吊架跨度，取值2 060 mm；I 为槽钢截面惯矩，取值26 cm4；E 为槽钢弹性模量，取值2.06×104kN/cm2。验算结果符合要求。

吊杆验算，含横梁的总荷载P总：

吊杆截面积F=P总/f=22.04 mm2。根据JGJ/T 141—2017《通风管道技术规程》［5］第4.2.3条，吊杆最小规格应为φ10 mm。计入因螺纹削弱吊杆截面因素，实际吊杆截面积F实=π（10/2-1.5）2×2=76.96 mm2＞F=22.04 mm2，符合规范要求，故选用2φ10 mm吊杆。

3 防火板安装

3.1 U形轻钢龙骨圈安装

紧贴风管管道外壁布设U 形轻钢龙骨圈，间距610 mm 一道，遇到风管三通、弯头、法兰等适当调整间距，保证每块防火板两端均与龙骨圈固定。要求U形轻钢龙骨下料长度与风管截面尺寸匹配，角点两侧均用自攻钉紧固，安装紧固后不松动变形［6］。下料后的U形轻钢龙骨内填塞岩棉条。龙骨圈安装后及时调整好间距，保证防火板拼缝位于龙骨平面的中央（见图4）。

图4 防火包覆拼缝示意图

3.2 岩棉填装

岩棉存放干燥地点，不得受潮或淋雨。岩棉与风管部件紧密贴合，无空隙；岩棉采用粘结保温钉连接固定，结合应牢固，不脱落。保温风管保温钉的分布应均匀，底面不少于16 个/m2，侧面不应少于10 个/m2，顶面不少于8 个/m2。首行保温钉至风管或保温材料边缘的距离应小于120 mm。

3.3 防火板安装固定

矩形防火板风管的四面壁板应按照施工图纸风管截面尺寸、风管弯管、变径处的板材下料。板材规格为：2 440 mm×1 220 mm，板厚8 mm，一般情况下风管按板材宽度做成每节长度1 220 mm，当风管长边尺寸≤1 220 mm或风管两边之和≤1 220 mm时，风管可按板材长度做成每节长度2 440 mm，以减少管段接口［7］。风管的三通、四通宜采用分隔式或分叉式；弯管、三通、四通、大小头的圆弧面用折线面代替。风管每节管段（包括三通、弯管等管件）的两端面应平行，与管中线垂直。

防火风管拼接时缝隙满涂防火胶，4 个角外包L40×40×0.6 的轻钢角龙骨，用自攻螺钉间距200 mm 固定牢固。要求自攻钉间距均匀，横向成排，竖向成线，外包的角龙骨在风管四周接口错开安装（见图5）。

图5 角龙骨安装示意图

4 效益分析

矩形风管长边不大于2 000 mm 的风管和长边大于2 000 mm 的大型风管支架形式、材料规格及吊架间距由专业厂家计算确定，避免了风管系统支吊架与防火板安装支吊架的重叠、冲突，通过优化使其共用一套支吊架系统，在确保安全可靠的前提下，提高观感质量，实现绿色节材，加快施工进度，降低施工成本，提高施工经济性，两者成本对比见表1。经对比，优化后支架形式节约成本约121万元。

表1 施工成本对比

5 结束语

随着GB 51251—2017《建筑防烟排烟系统技术标准》实施，铁路站房、公共建筑等防烟、排烟系统耐火极限设计要求也随之提升，通过防火板包覆风管以提高耐火极限的方法将成为今后的发展趋势，并为类似工程提供参考借鉴。