既有建筑加装电梯项目中钢结构的耐火性能分析与应用

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本文发表在《中国电梯》第12期，2024年

作者：Fan Fenghe 1，Wang Jianhua 1，Li Zhibin 2，Lin Jingquan 2，Li Qiwen 2 /1。广东安全和智能电梯工程技术研究中心； 2。广东铃木电梯有限公司

近年来，在现有建筑物中安装电梯的项目数量不断增加。由于工厂定制和现场结构的便利性，钢结构逐渐成为在现有建筑物中安装电梯的首选轴。材料特征分析表明，对于结构，与钢筋混凝土结构相比，钢结构具有较差的难治性。对于通常不受保护的钢结构组件，当温度低于150℃时，特性不会改变；当温度在300至400℃之间时，屈服强度和弹性模量开始显着下降。当温度超过600℃时，屈服强度开始显着降低。当温度超过600℃时，屈服强度和弹性模量显示出悬崖状的下降，钢结构几乎没有支撑能力。因此，如果现有建筑物的轴使用钢结构配备了电梯项目，则如果未验证或测试钢结构的防火性能，它将为电梯的火灾安全带来巨大的隐藏危险建筑。

在本文中，基于对钢结构材料的火力阻力特征的分析，作者讨论了防火性验证，防火措施以及安装在现有建筑物中的钢结构的其他防火要求。

1钢结构材料的耐火特性

高温下结构钢的强度

地点：CH - 应根据GB 51249-2017的规定“建筑钢结构防火技术代码”的规定，在高温下的屈服强度降低系数；

SN-室温下的钢的强度，N/mm2。

根据GB 51249-2017的规定，CH和温度T之间的功能关系如下：

从公式（2）中，可以获得一组钢材材料的屈服强度降低系数随温度升高而降低的变化曲线（见图1）。从图1中可以看出，当温度大于150℃时，钢的屈服强度降低系数开始下降。当温度接近600℃时，钢的屈服强度降低系数不到正常温度的一半。当温度达到800℃时，钢的产量是强度降低系数仅为室温的10％，当温度为1000℃时，钢的降低数量几乎为0。

从公式（1）中可以看出，在高温下，结构钢的强度SH与钢的屈服强度降低系数CH成正比，也就是说，随着CH的降低，结构钢的强度会相应降低。

根据文献分析[1]，建筑物火站点的温度至少可以在10至15分钟后达到400℃。当它发展到极度暴力水平时，温度将超过1000℃。因此，为了消除火灾安全危害，应在设计电梯轴的钢结构时，应进行防火性能验证或钢结构整个结构（包括组件和节点）的测试。

2基本要求和电梯轴钢结构的验证方法

2.1防火性的基本要求

GB 55037-2022“建筑物中防火的一般代码”需要：“建筑物中应验证承载负载的以下结构或组件，并根据设计防火性限制和压力条件进行防火，或使用火力阻力测试验证。和列，诸如节点（以下称为组件的组件）之类的组件，其中列是主要压力构件，也是火灾中最危险的组件。因此，至少应对柱进行防火测试，以验证其耐火性。

难治性测试是一种测试方法，可模拟实际情况，称为火灾抗性极限方法，即通过比较组件的实际火力阻力极限和设计的火力阻力极限，我们确定组件的火力阻力性能是否满足要求，并确定其防火措施。火力阻力极限方法的公式是：

其中：TM - 火在火下的钢结构组件的实际耐火极限，h；

TD - 设计的钢结构组件的火力阻力极限，h。

GB 55037-2022的第2.2.9条规定：火力升降机轴和计算机室应与相邻的轴，计算机室和其他具有火力阻力限制的房间分开，不少于2.0小时，没有开口。第4.3.2条规定，与住宅和非住宅功能共同建造的建筑物应符合以下条件：住宅区和非住宅部件之间的火力阻力限额不得小于2.0小时，而火灾阻力限制应不小于不小于2.0小时，没有开口的防火隔板墙，防火限制的限制不得小于2.0 h，不可固化的地板板完全分开。”第7.1.13条规定，在火灾电梯前室或疏散楼梯间安装的非火电梯不应低于火力防火电梯的防火性能。

2.2验证防火性的方法

因为在现有建筑物中安装有电梯的轴的钢结构的跨度很小（跨度）

可以使用两种方法来验证难治性能：轴承能力方法和临界温度方法。

1）负载能力法。在设计防火性限制时间内，钢制结构组件的轴承能力设计值RD不应小于其最不利的负载（表演）组合效应设计值SM，也就是说，当组件达到极限状态时防火性承载能力，公式（4）验证其轴承能力。

地点：ft - 高温下N/mm2处钢结构成分的强度设计值；

smin-电梯轴钢结构组件中最小的组件的横截面区域，mm2。

当RD> SM时，电梯轴的钢结构可能不会采取防火措施。当RD≤SM时，应采取防火措施。

2）临界温度方法。在设计的火力阻力限制时间内，燃料下的钢结构组件的最高温度TM不应高于其临界温度TD。在火灾的情况下，随着时间的增加，温度继续升高，组件的强度逐渐降低。从发火的时间开始，该组件达到最大火状态的时间，是火力燃烧能力的最大状态。当组件达到极端状态时的温度是该组件的临界温度。临界温度方法可用于验证组件的最高温度在设定的火力阻力极限时间内不应高于其临界温度。

组件的临界温度TD和设计火力阻力极限时间内的组件的最大温度TM应根据第7.2.1条，第7.2.2条和GB 51249-2017的第6.2.1条和第6.2.1条计算。

当TD> TM时，可能不会采取防火措施；当TD≤TM时，应为组件采取防火措施。

3电梯轴钢结构的防火措施

3.1防火设计原理

防火措施可以通过以下措施之一或其中几种组合做出：1）涂油涂料； 2）覆盖防火板； 3）覆盖柔性热绝缘材料； 4）与混凝土或砌体壁保护结合。

安装电梯的建筑物通常是根据二次火力阻力水平建造的[2]。二级火力阻力水平要求钢结构组件的火力阻力不应小于2小时，并且最高表面温度为550℃。因此，设计师应根据适用的场合，组件大小，材料强度和负载类型选择可靠且适用的防火措施。

目前，许多电梯安装施工单元都使用钢结构表面上的抗火灾涂层作为防火措施。耐火涂层是一种适用于组件表面的特殊材料，可以形成难治性的绝缘保护层，以改善钢结构的难治极限[3]。

3.2耐火涂料的基本要求

根据GB 51249-2017的第4.1.3条的要求，当钢结构受到防火涂层保护时，应遵守以下规定：1）室内隐藏组件应使用非扩展的防火涂料； 2）耐火限制的设计组件大于1.5小时，不应使用膨胀的燃烧涂料； 3）当在室外和半户外钢结构中使用膨胀的燃烧涂料时，应选择满足环境性能要求的产品； 4）非膨胀燃烧涂层的厚度不应小于10 mm； 5）应兼容并匹配耐火涂层和防腐涂层。

钢结构的模型燃烧涂层产品应按照GB 14907-2018的规定表示，“钢结构的一般技术条件”。现有建筑物中使用电梯轴钢组件安装的耐火涂料产品的推荐模型是：GT-WSF-FP2.00-B。这种耐火涂层产品是户外水基，非扩展的普通钢结构燃烧涂层，防火性极限为2.0 h。

3.3耐火涂料建筑要求

消防涂层构造要求：1）使用产品手册中指定的色散培养基，并根据需要混合和稀释。 2）基板需要是抗粘附治疗（耐火涂层和反耐用涂层应兼容并匹配）。 3）涂层可以通过合理的方法（例如喷涂和刷牙）以及在自然环境下干燥和固化进行。 4）当使用扩展的钢结构防火涂层时，涂料厚度不应小于1.5毫米；当使用非扩展的钢结构防火涂层时，涂料厚度不应小于10 mm。 5）应在周围温度为5-35℃的条件下进行施工，相对湿度为50％-80％。

根据文献中的实验数据[4]，可以绘制涂料厚度与防火涂层的耐火极限之间的关系曲线，如图2所示。

4其他防火设计要求电梯轴中的钢结构

4.1防火间距的设计要求

现有建筑物中电梯的安装通常通过走廊连接到建筑物并打开。 GB 55037-2022的第3.3.2条规定，应根据两座独立建筑物确定两座由走廊连接的相邻民用建筑之间的防火距离。不同防火水平的民用建筑物的要求为9 m，11 m和13 m防火距离。在安装电梯计划布局时，设计人员应考虑钢结构轴和现有建筑物之间的防火距离，以防止相邻建筑物在火灾中相互蔓延。

4.2防火分离的设计要求

在某些现有建筑物中，当居民在室内或阳台上安装电梯时（例如电梯通过封闭的走廊连接到建筑物）时，电梯和建筑物之间的距离无法满足防火保护距离的要求。在这种情况下，认为电梯和建筑物是同一建筑物。 GB 55037-2022的第4.4.1条规定：防火隔离应在同一建筑物的不同功能区域之间进行。如有必要，应采用防火隔离措施，例如在电梯功能区域和建筑物之间设置开火门，并采用抗火灾的耐火地板，其阻力不少于1.0小时。

4.3疏散火灾的设计要求

在某些情况下，通过楼梯间安装在现有建筑物中的电梯（例如电梯开口通过建筑物的疏散楼梯连接到建筑物），应考虑钢结构轴和建筑物之间的距离。建筑物外墙附近的钢结构轴边缘之间的水平距离不应小于1.0 m，以防止大火通过相邻的开口蔓延。当距离不符合此要求时，应采取防火隔离措施，例如设置外部窗户和加压空气供应。

5结论

目前，现有建筑物中电梯的安装正处于快速发展的阶段，确保了现有建筑物中电梯的消防安全与居民的生活和财产安全有关。一旦发生火灾，电梯轴钢结构的强度将随着温度升高而迅速下降，从而使轴容易塌陷并引起事故。在本文中，作者分析了电梯轴钢结构的材料阻力，防火性验证，防火措施等建筑物。鉴于收集和累积数据的案例数据不足，作者提出的方法和措施需要进一步改进。作者期待引入特殊的技术规格或行业标准，以尽快在现有建筑物中安装电梯，以提供有关轴钢结构的防火保护设计的指导。

参考

[1]周，吴Yu，马Yi。火力下的钢结构温度场分析[J]。公路交通技术（应用技术版），2008（6）：131。

[2] GB 55037-2022，建筑防火保护的一般规格[S]。

[3] GB 14907-2018，钢结构的技术条件受燃涂料[S]。

[4] Qian Jianmin，Wang Liangwei。关于钢结构的火力阻力极限的实验研究[J]。消防科学技术，2002（1）：13。