结构设计中“见微知著”之四——结构防火设计简介其一

结构防火分两部分介绍，这是第一篇，主要说防火规范相关内容，下篇着重谈谈钢结构。

建筑防火在结构设计者的印象里是建筑师和设备师的工作，所以很多人对基本的防火概念不熟悉，也懒得去了解。但随着《建筑钢结构防火技术规范GB 51249-2017》的发布，一下给结构设计者致命连击，“这是啥？我是谁？怎么搞？”规范倒逼着结构工程师去学习所谓新知识、掌握新技能。

插播个笑话：有人混入物理博士群，正讨论水滴在高空坠落问题，问对人体的伤害程度？群博引经据典、推导论证、议论纷纷时，这货就贱贱的回道：“大咖们，你们没见过下雨吗？”

这个段子是嘲笑高知们不接地气，对生活常识的无知，其实在设计圈也有类似的一群不食人间烟火的高人。常见问题是：水平地震作用是怎么来的，为何高塔都大头朝下？我的悬挑上立个受力柱可以吗？

我不禁感慨：“河蟹社会发展太快，前面这朋友大概是没站过公交车，另一位没目睹过“少林寺”里李连杰挑水练功的场景。”

其实建筑防火要求历来都有，结构工程师不重视罢了。最常用的《建筑防火设计规范GB50016-2014（2018年版）》，相关的还有《建筑防排烟系统技术标准 GB51251-2017》，《建筑钢结构防火技术规范GB 51249-2017》也颁布近三年了。因为笔者负责主持过一些项目，也参与建筑方案确定，对几本规范常接触、不算陌生，我就结合工作中遇到过的问题，试对其中与结构设计相关的条文谈谈个人经验。

一、《建规》

建规是《建筑防火设计规范》的简称，这是了解相关要求的第一步。

《建规》里主要规定建筑防火的基本要求，顺序是：类别定性和确定耐火等级——整体布局和基本要求——构件耐火时限、配套消防设施要求等等。和结构专业主要相关的是“构件的耐火时限”要求，构件的耐火时限决定了整体建筑的耐火等级，可以用短板效应来帮助理解，这些内容主要在3.2节和5..1节、第6章。

1、构件耐火时限：根据构件所在位置确定耐火时限，混凝土构件大部分都能满足其要求，不必进行计算，这点可以参考附录中构件耐火时限来对比，注意两点。

1）要明晰防火墙和防火隔墙的区别，防火墙下要有基础或梁构件承重，主要为了保证其耐火时限要求，可以用达到同等耐火时限的厚板。轻钢建筑防火分区的屋面设计中，按要求防火墙要出建筑屋面，亦可以在屋面内部采用防火板保护实现防火分区要求，范围应大于防火内墙两侧各2米（这点基于个人理解）。

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2）在某些审图意见中，要求楼梯平台短柱满足受力结构柱的耐火时限要求，一级耐火构件，结构受力柱3.0h，楼梯间墙体2.0h，楼梯板1.5h，此时平台梯柱的耐火时限可按墙2.0h的要求确定，正所谓皮之不存毛将焉附！结构柱指主要竖向受力构件，火灾发生时不能倒塌；楼梯构件是消防疏散救援用的，功能不同、要求不同。一般200*300即可，如按结构柱3.0h要求后截面变为200*500或300*300，造成建筑开门开洞困难或者墙体加厚、有效面积降低。这源于结构审查人员对于规范的过度解读。

2、有些工程设置室外钢制消防楼梯，常选用J401图集，但根据构件耐火要求，未进行防火保护的钢构件不能满足耐火时限要求，这点在下篇文章里再谈。

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3、注意专业配合，消防系统、防排烟系统均会增加吊挂荷载。尤其是轻钢结构中的消防水系统可能会集中布置管道，暖通管道有时会有集中推力。根据《非结构构件抗震设计规范》要求，支吊架等要进行抗震设计，目前没有明确说法具体哪个专业执行，我感觉结构还是难逃一死。

二、《防排烟标准》

1、标准于2017年8月1日实施，17年到18年因为工程审查和设计不同步，一个朋友的单位多个公建都进行了大范围的修改。中庭的防排烟可能涉及到顶盖开洞，机械机房也要设置在屋面上，所以一定要在方案阶段就做好专业协调，尽量做自然排烟。

2、多层公建的内走廊和大房间有排烟要求，常采用自然排烟，相应有清晰高度（人活动高度）、储烟仓厚度（烟的集中区）、储烟仓内的排烟口面积的要求。对结构专业来说，就是严格控制梁高，保证排烟口高度。

三、防爆和泄压

主要涉及到《建规》和《锅炉房设计标准》，可能还有加油站、燃气等专业规范。

1、建规对于抗爆要求没有细化，仅仅是提到要采用实体墙，具体做法要参考石化规范中抗爆墙设计，一般采用配筋砖墙或者混凝土墙，此时要注意刚性墙体和柔性结构体系的协调，如避开框架布置、上下端铰接等。

2、常有种误解，以为泄压就要抗爆，我院的专业热能设计团队若干年来除了部分甲类厂房做过抗爆设计，锅炉房都没有做过结构抗爆。泄压是对有爆炸危险厂房的要求，防爆区段不必做抗爆墙分隔。泄压的门窗、墙板或屋面板重量不大于60kg/m2，轻质板既要宜破坏、还要不能粉碎飞溅，也是挺难的（寒冷地区有积雪，屋面泄爆难度大）。