来源:建筑钢结构网 作者: 时间:2009-12-22
关键词:
摘要：
摘要：
一、概述
（一）薄板钢骨结构体系住宅的应用现状
近些年，以薄板轻钢作为承重骨架，以轻型墙体材料作为围护结构所构成的薄板钢骨结构体系在欧美和日本等地区国家的住宅建筑中得到广泛的应用。与传统的住宅结构相比，该结构体系具有建筑空间布置灵活、抗震性能好、施工方便、综合经济效益好、可以实现住宅建设的工业化和产业化等特点。
在国外，薄板钢骨结构体系大都由木结构体系演化而来。由于国外人少地广且考虑到抗震要求等原因，该结构体系主要用作三层以下的别墅住宅、公寓及其他低层民用住宅。据统计，2002年薄板钢骨结构体系住宅占美国住宅建筑总量的25%左右。在日本，该类住宅自1996年阪神大地震后的十年间，每年以近一万栋的规模发展。这些都说明，国外薄板钢骨结构体系在低层住宅中的应用普遍，技术成熟，并具备相应的设计、建造标准。如美国的《薄板轻钢房屋体系惯用法》（Prescriptive Method，适用于1~3层），澳大利亚的《金属框架房屋体系标准》AS 2623-1993（适用于1~2层），日本的《薄板轻钢房屋体系设计手册》（适用于3层以下），以及国际规范委员会（ICC）于2000年出版的适用于薄板轻钢房屋体系的《国际建筑规范》等。但国外将薄板钢骨结构体系用于多层住宅建筑并不多见。现有的资料显示，加拿大有将轻钢板肋结构体系应用到8层旅馆的建筑实例。美国有用薄板轻钢房屋体系建成的6层公寓。
近几年，我国在建设部大力推行钢结构住宅政策的推动下，不少房屋开发公司正逐步研究从国外引进低层薄板轻钢房屋体系，并已在北京、上海、大连、武汉、天津等地应用，主要用于建造1~3层的独栋或联排住宅或别墅。相应的CECS《多层冷弯薄壁型钢住宅技术规程》正在编制过程中。总之，我国薄板钢骨结构体系在住宅建筑中的应用尚属初步发展阶段。
在我国可用土地资源紧张而钢产量相对充裕的现实情况下，国家倡导轻钢结构住宅的建设有着重要的意义，亦与环保、节能的可持续发展政策和“绿色住宅”理念相符。随着我国住宅产业化步伐的加快以及钢结构住宅技术的应用，钢结构住宅建筑必将成为我国住宅的一种新型式。因此，开发薄板钢骨结构体系多层住宅对满足我国住宅建设的需要大有益处。针对我国国情，就引进国外先进的薄板钢骨结构体系用于多层住宅建设所带来的消防安全问题进行技术可行性研究，非常有必要。
（二）薄板钢骨结构体系住宅的防火问题
钢结构为不燃结构，但耐高温而不耐火，因此钢结构本身的防火保护此类结构形式建筑技术应用中应重点解决的问题之一，薄板钢骨结构也不例外。
目前，国际上建造的薄板钢骨结构体系低层住宅（3层及3层以下），其防火设计依据多为综合性性建筑规范，很少有专门的防火规范。由于轻钢房屋体系应用于多层住宅建筑的情况较少，相应的防火要求几乎没有。我国的建筑主要是以砖混和钢混等结构为主，在薄板钢骨结构体系住宅建筑防火方面的技术要求和标准相对滞后，不能满足当前在中国推行薄板钢骨结构体系多层住宅建筑的实际需要。
本文比较了各国有关薄板钢骨结构体系多层住宅在建筑构件的耐火极限、建筑的防火间距和其它防火措施等方面的要求。在此基础上，分析和提出了我国薄板钢骨结构体系多层住宅的防火技术要求建议以及还需进一步开展的相关研究工作。
二、国外现行规范的防火要求
（一）美国
《国际建筑规范》是为统一美国《国家建筑规范》、《统一建筑规范》和《标准建筑规范》而制定的，其内容主要以这三项规范为基础。《国际建筑规范》将供人员睡眠休息的居住建筑划分为Group R，包括R-1、R-2、R-3和R-4四种类型。其中多层住宅属于R-2类居住建筑（人员长期使用的，含有超过两个居住单元的建筑物，如住宅楼、宿舍、修道院等）。
1、耐火极限
《国际建筑规范》将建筑物的耐火类别按NFPA220的规定划分为Type I~V共5类，相应构件的耐火极限如表1所示。其中，Type I和II结构的构件应采用不燃烧材料。Type III结构的外墙应采用不燃材料，内部建筑构件可根据规范规定选择。Type IV结构（重木结构）的外墙应采用不燃材料，内部建筑构件可以为重木构件。Type V结构建筑构件可以选用规范允许的任何材料。对Group R类建筑，除Type I 型建筑外，其他类型建筑的最大允许层数不应超过4层，且建筑高度不应超过18m。但对于全部设有自动喷水灭火系统保护的建筑物，其最大允许高度可以增加到24m，最大允许层数可以增加到5层。
[img]2008102850587.gif[/img]
李引擎等：薄板钢骨结构体系多层住宅的防火技术研究
一、概述
（一）薄板钢骨结构体系住宅的应用现状
近些年，以薄板轻钢作为承重骨架，以轻型墙体材料作为围护结构所构成的薄板钢骨结构体系在欧美和日本等地区国家的住宅建筑中得到广泛的应用。与传统的住宅结构相比，该结构体系具有建筑空间布置灵活、抗震性能好、施工方便、综合经济效益好、可以实现住宅建设的工业化和产业化等特点。
在国外，薄板钢骨结构体系大都由木结构体系演化而来。由于国外人少地广且考虑到抗震要求等原因，该结构体系主要用作三层以下的别墅住宅、公寓及其他低层民用住宅。据统计，2002年薄板钢骨结构体系住宅占美国住宅建筑总量的25%左右。在日本，该类住宅自1996年阪神大地震后的十年间，每年以近一万栋的规模发展。这些都说明，国外薄板钢骨结构体系在低层住宅中的应用普遍，技术成熟，并具备相应的设计、建造标准。如美国的《薄板轻钢房屋体系惯用法》（Prescriptive Method，适用于1~3层），澳大利亚的《金属框架房屋体系标准》AS 2623-1993（适用于1~2层），日本的《薄板轻钢房屋体系设计手册》（适用于3层以下），以及国际规范委员会（ICC）于2000年出版的适用于薄板轻钢房屋体系的《国际建筑规范》等。但国外将薄板钢骨结构体系用于多层住宅建筑并不多见。现有的资料显示，加拿大有将轻钢板肋结构体系应用到8层旅馆的建筑实例。美国有用薄板轻钢房屋体系建成的6层公寓。
近几年，我国在建设部大力推行钢结构住宅政策的推动下，不少房屋开发公司正逐步研究从国外引进低层薄板轻钢房屋体系，并已在北京、上海、大连、武汉、天津等地应用，主要用于建造1~3层的独栋或联排住宅或别墅。相应的CECS《多层冷弯薄壁型钢住宅技术规程》正在编制过程中。总之，我国薄板钢骨结构体系在住宅建筑中的应用尚属初步发展阶段。
在我国可用土地资源紧张而钢产量相对充裕的现实情况下，国家倡导轻钢结构住宅的建设有着重要的意义，亦与环保、节能的可持续发展政策和“绿色住宅”理念相符。随着我国住宅产业化步伐的加快以及钢结构住宅技术的应用，钢结构住宅建筑必将成为我国住宅的一种新型式。因此，开发薄板钢骨结构体系多层住宅对满足我国住宅建设的需要大有益处。针对我国国情，就引进国外先进的薄板钢骨结构体系用于多层住宅建设所带来的消防安全问题进行技术可行性研究，非常有必要。
（二）薄板钢骨结构体系住宅的防火问题
钢结构为不燃结构，但耐高温而不耐火，因此钢结构本身的防火保护此类结构形式建筑技术应用中应重点解决的问题之一，薄板钢骨结构也不例外。
目前，国际上建造的薄板钢骨结构体系低层住宅（3层及3层以下），其防火设计依据多为综合性性建筑规范，很少有专门的防火规范。由于轻钢房屋体系应用于多层住宅建筑的情况较少，相应的防火要求几乎没有。我国的建筑主要是以砖混和钢混等结构为主，在薄板钢骨结构体系住宅建筑防火方面的技术要求和标准相对滞后，不能满足当前在中国推行薄板钢骨结构体系多层住宅建筑的实际需要。
本文比较了各国有关薄板钢骨结构体系多层住宅在建筑构件的耐火极限、建筑的防火间距和其它防火措施等方面的要求。在此基础上，分析和提出了我国薄板钢骨结构体系多层住宅的防火技术要求建议以及还需进一步开展的相关研究工作。
二、国外现行规范的防火要求
（一）美国
《国际建筑规范》是为统一美国《国家建筑规范》、《统一建筑规范》和《标准建筑规范》而制定的，其内容主要以这三项规范为基础。《国际建筑规范》将供人员睡眠休息的居住建筑划分为Group R，包括R-1、R-2、R-3和R-4四种类型。其中多层住宅属于R-2类居住建筑（人员长期使用的，含有超过两个居住单元的建筑物，如住宅楼、宿舍、修道院等）。
1、耐火极限
《国际建筑规范》将建筑物的耐火类别按NFPA220的规定划分为Type I~V共5类，相应构件的耐火极限如表1所示。其中，Type I和II结构的构件应采用不燃烧材料。Type III结构的外墙应采用不燃材料，内部建筑构件可根据规范规定选择。Type IV结构（重木结构）的外墙应采用不燃材料，内部建筑构件可以为重木构件。Type V结构建筑构件可以选用规范允许的任何材料。对Group R类建筑，除Type I 型建筑外，其他类型建筑的最大允许层数不应超过4层，且建筑高度不应超过18m。但对于全部设有自动喷水灭火系统保护的建筑物，其最大允许高度可以增加到24m，最大允许层数可以增加到5层。
[img]2008102812437.gif[/img]
注：a.结构框架指的是设计用来支撑重力荷载的柱和大梁、梁、桁架以及与柱和支撑构件直接连接的拱肩。不与柱直接连接的楼面和屋面板单元必须当作第二类单元并且不能当作此类结构框架；
b.屋面支撑：对于只支持屋面的结构框架和承重墙，耐火等级可以降低1h；
c. 如果防火间距大于0.9m，其非承重外墙耐火极限不限；
d.设有符合要求的自动消防系统时，可以允许替代1h防火等级的结构；
e.对结构单元的防火保护没有要求。
2、防火间距
表2给出了《国际建筑规范》对居住建筑的防火间距要求。其中对于居住建筑，外墙上的无保护开口面积不应超过25％。
[img]2008102854977.gif[/img]
如果任何一层的外墙同时有无保护和有保护的开口，其开口面积之和应满足下列公式。
A/a+Au/au≤1.0
式中:
A=实际开口面积或有保护开口的等效面积Ae.
a=允许的开口面积；
Au=实际无保护开口面积
au=允许无保护开口面积
当居住建筑全部设有自动喷水灭火系统保护时，表2中最大允许的无保护开口面积可以与有保护的开口面积相同。
3、主动消防设施
《国际建筑规范》规定，R-2类居住建筑，当包括地下室在内高度超过2层或超过16套居住单元时，建筑物内应全部设置自动喷水灭火系统。NFPA 13R也规定，R组建筑物超过3层时应全部设置自动喷水灭火系统。
（二）加拿大
加拿大的薄板钢骨结构体系多层住宅设计主要依据《国家建筑规范》和《国家防火规范》。《国家建筑规范》适用于新建、改建和扩建建筑的设计、建造。《国家防火规范》主要适用于既有建筑的火灾预防与消防安全管理。在《国家建筑规范》中，居住建筑包括公寓、寄宿场所、宿舍、宾馆、住宅、汽车旅馆等，建筑类型属Group C。
1、耐火极限
《国家建筑规范》规定，如果建筑允许使用可燃结构，可以采用可燃材料。除规范另有规定外，规定为不燃结构的建筑物，应采用不燃材料建造。对于不同类型的结构，所有的承重构件如墙、柱、梁的耐火极限不应低于其所支撑的楼板或屋顶构件的耐火极限。如果建筑构件要求为不燃结构，且有耐火极限要求时，该构件的支撑结构应为不燃结构。当由不燃结构支撑可燃结构时，应避免可燃结构在火灾情况下受到破坏影响不燃结构的性能。
用于Group C建筑的防火墙应为耐火极限不低于2h的不燃结构。用作防火分隔的任何墙体或楼板都应保持连续性，且应具有规范所规定的耐火极限。防火分隔体上的开口应采取相应的防火保护措施。不同使用功能场所之间应进行防火分隔，其分隔构件的耐火极限应符合表3的规定。其中对于居住和商店合建的建筑，当居住部分层数不超过3层，且不超过2户时，居住部分与商店部分的防火分隔构件的耐火极限可不低于1h。
[img]2008102878581.gif[/img]
注：a.如电影院、图书馆、舞台在中心的剧场、露天体育场等
b.如监狱、医院等
《国家建筑规范》还针对特定情况下建筑结构的耐火极限等做了相应规定，见表4。
[img]2008102882904.gif[/img]
2、防火间距
根据《国家建筑规范》，建筑外墙无保护开口的情况用无保护开口的总面积和外墙的面积之比值来衡量。表5给出了超过2层的Group C类建筑对应于不同建筑间距下的最大允许无保护开口面积。
[img]2008102815058.gif[/img]
3、主动消防设施
在加拿大，一般3层以上的住宅都要求设置自动喷水灭火系统。
（三）瑞典
瑞典的《建筑条例》包括强制性条款和一般性的推荐条款，是瑞典建筑设计的依据。在《建筑条例》中设独立的章专门讨论建筑火灾安全问题。根据建筑物的火灾危险和可能造成的人员伤亡，将建筑分成3类，并根据火灾荷载的不同规定了相应构件的耐火极限。
1、 耐火极限
建筑物的耐火等级分为Br1，Br2和Br3三级。该分级主要考虑人员逃生和建筑倒塌对人员的影响。其中三层以上的建筑耐火等级须为Br1级，即可能造成重大人员伤亡的建筑。《建筑条例》主要针对Br1级建筑的承重和分隔构件，室内装修等做出要求。可能造成中等人员伤亡的建筑应为Br2级建筑，其它建筑可为Br3级建筑。
建筑结构和非结构构件的耐火极限不应低于表6的规定，防火墙的耐火极限不低于表7的规定，根据承重能力确定的建筑物耐火极限不应低于表8的要求。
[img]2008102845558.gif[/img]
注：E为整体性，EI为整体性和隔热性。
表6(b) Br2和Br3类建筑物的结构和非结构构件的耐火极限
如果与疏散通道、可燃物的距离足以保证人员安全撤离或者火灾蔓延风险不会增加，则耐火极限中要求EI的，可降低为只要求E。
[img]2008102868349.gif[/img]
[img]2008102826749.gif[/img]
2、防火间距
《建筑条例》规定，当建筑物与邻近建筑物的距离小于4m时，设计中应考虑火灾会从该建筑物蔓延至邻近建筑物的风险。当与邻近建筑物的距离不低于8m时，则可以不考虑上述要求。此外，独立式/半独立式住宅之间应有间距，并且保证1h之内不能蔓延至相邻建筑物。独立式/半独立式住宅与面积大于10m2的辅助建筑之间的距离小于4m时，相邻建筑之间应防止火灾从一部分蔓延至另一部分，且耐火时间不应低于0.5h。
3、主动消防设施
瑞典的主动消防设施以消火栓系统为主，同时非常注重火灾中的安全疏散。规范中对建筑物内采用不同的疏散路径（如仅一个疏散楼梯、多个疏散楼梯、疏散窗等）时安全疏散的可能性都有具体分析。
（四）德国
《通用建筑规范》对建筑的耐火极限和防火间距都做了要求，见表9和表10。
[img]2008102898539.gif[/img]
[img]2008102897721.gif[/img]
（六）日本
日本建筑的防火设计主要参照《建筑基本法》和《消防法》。《建筑基本法》主要涉及建筑物本身构件、材料和平面布局，而《消防法》则侧重于对建筑中附加的消防设施做出规定。
1、耐火极限
《建筑基本法》中根据建筑物的密集程度及地域功能等，指定了防火地域或准防火地域。在各地域内建筑的建筑物须满足相应的耐火建筑物、准耐火建筑物或其它建筑的耐火性能要求。
《建筑基本法》规定所有的结构分成三大防火类别：耐火性结构、1h准耐火性结构和45min准耐火性结构。同时装修材料分为不燃性材料、准不燃材料和难燃材料三个级别。一般居室允许使用难燃材料，厨房、走廊、楼梯和地下部分则要求使用准不燃和不燃材料。但当建筑中设置了自动灭火和自动排烟系统后，可不对内装修材料提出防火要求。
表13给出了对于耐火性结构各构件的耐火极限规定。
[img]2008102886813.gif[/img]
2、防火间距
日本居住建筑间的防火间距最小可为0.5m。对于4层以下的建筑，其外墙的耐火极限应不低于1h。
3、 消防设施
按照《消防法》的要求，日本住宅消防设施的设置原则取决于建筑的层数和楼层平面疏散的设计，并且是沿着同一座建筑的高度，从上到下分段规定。规范要求所有的住宅都必须设家用灭火器、室内消火栓、警报器等。日本目前建造的低层轻钢住宅，做到了在每间屋内都设火灾报警器；在每户里，每层间都设置ABC干粉灭火器；每户均有逃生软梯，直通地面；并且每栋楼都增设外挂楼梯。
三、国内现行规范的防火要求
我国多层建筑在防火设计方面主要依循的规范是《建筑设计防火规范》和《住宅建筑规范》。《建筑设计防火规范》适用于9层及9层以下的居住建筑（包括设置商业服务网点的居住建筑）。
（一）耐火极限
《建筑设计防火规范》将民用建筑的耐火等级分为一、二、三、四级，规定三级耐火等级的建筑可以建造5层，四级耐火等级的建筑可以建造2层。《住宅建筑规范》将住宅的耐火等级也划分为一、二、三、四级，四级耐火等级的住宅建筑最多允许建造层数为3层，三级耐火等级的最多允许层数为9层。但《建筑设计防火规范》和《住宅建筑规范》在相同耐火等级中，对构件耐火极限的规定不尽相同，如表14所示。
[img]2008102829717.gif[/img]
[img]2008102851393.gif[/img]
目前，国内《多层冷弯薄壁型钢住宅技术规程》正在编制过程中，该规程只适用于低层和别墅建筑，其中对于建筑耐火极限的要求与《建筑设计防火规范》一致。
（二）防火间距
《建筑设计防火规范》和《住宅建筑规范》中都对民用建筑之间的防火间距做出了规定，分别见表16(a)和表16(b)。可以看出这两个规范规定的民用建筑间的防火间距是一致的。
[img]2008102888252.gif[/img]
注：1 两座建筑物相邻较高一面外墙为防火墙或高出相邻较低一座一、二级耐火等级建筑物的屋面15m范围内的外墙为防火墙且不开设门窗洞口时，其防火间距可不限；
2 相邻的两座建筑物，当较低一座的耐火等级不低于二级、屋顶不设置天窗、屋顶承重构件及屋面板的耐火极限不低于1.0h，且相邻的较低一面外墙为防火墙时，其防火间距不应小于3.5m；
3 相邻的两座建筑物，当较低一座的耐火等级不低于二级，相邻较高一面外墙的开口部位设置甲级防火门窗，或设置符合现行国家标准《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084规定的防火分隔水幕或本规范第7.5.3条规定的防火卷帘时，其防火间距不应小于3.5m；
4 相邻两座建筑物，当相邻外墙为不燃烧体且无外露的燃烧体屋檐，每面外墙上未设置防火保护措施的门窗洞口不正对开设，且面积之和小于等于该外墙面积的5%时，其防火间距可按本表规定减少25%；
5 防火间距应按相邻建筑物外墙的最近距离计算，当外墙有凸出的燃烧构件时，应从其凸出部分外缘算起。
[img]2008102854442.gif[/img]
（三）消防设施
我国只对6层以上的住宅要求设室内消火栓，只对高层高级住宅和100 m以上普通高层住宅要求设自动报瞥和灭火系统。对多层建筑没有具体的消防设施要求。
四、国内外防火规范要求的比较
（一）耐火极限比较
基于不同的建筑分类，各国规范都对建筑构件的燃烧性能和耐火极限作了规定，将其作为建筑物耐火性能好坏的基准。比较来看，美国和加拿大的规范较类似，都是根据结构燃烧性能的不同进行分类。其中美国规范分为五种结构类型，加拿大规范分为可燃结构和不燃结构两类。瑞典规范根据建筑物的火灾危险和可能造成的人员伤亡分成3类建筑，并根据火灾荷载的不同规定了相应构件的耐火极限。德国和瑞士的规范规定比较接近，分别对独立建造和不同层数的住宅建筑耐火极限作了规定。中国的规范依据火灾危险性和层数的不同将住宅建筑分为四类耐火等级。与我国采用单一的耐火极限概念不同，欧美国家（如瑞士、德国、瑞典）和日本大都将统一的耐火极限概念分解成稳定性（S）、隔热性（I）和完整性（E）三个指标来评定，从而可以根据具体部位分别提出数值要求。美国和加拿大虽然也采用单一的耐火极限概念，但是它们分别针对多种建筑构件的分类或是多种具体的楼层等进行了详细的讨论。总的来说，国外标准在建筑构件耐火极限的规定上指标更灵活，分类更细，更利于设计人员合理的应用。
为了方便比较，表17（a）（b）分别给出了建造3层或6层住宅时各国规范对主要建筑构件耐火极限的最低要求。
[img]2008102818665.gif[/img]
注：表中数据没有考虑采取加强主动消防措施后的相应适当放宽情况。
从表17可以看出，对于低层住宅（小于3层），各国规范对建筑构件的耐火极限要求均在0.5~1.0h之间，对建筑构件燃烧性能的要求以中国规范最为严格。与低层住宅相比，各国规范对多层住宅（小于6层）的耐火极限要求都有大幅提高，各国规范之间的差异也变得明显，相比之下，我国对楼板的耐火极限要求是最低的；同时各国规范对建筑构件耐火性能的要求大都变得严格。
此外，各国的规范中都规定了当建筑物内另设有规范要求外的消防措施时，对该建筑的相关防火要求可酌情考虑的相应条文。在这一方面国外规范的相关规定较我国细致和明确，相应的替代方案更多，对构件耐火极限、材料燃烧性能、最大允许防火分区面积等都有相应放宽要求的规定。与我国只能在建筑物设置自动灭火系统后适当放宽防火分区建筑面积的规定相比，国外的相关规定更灵活也更符合实际。
（二）防火间距比较
住宅建筑与相邻建筑之间的防火间距应根据建筑用途、耐火等级、建筑高度以及外墙防火构造等因素确定。对比各国的规范可以看出，美国和加拿大的规范都是根据外墙的材料和开口情况来确定相邻建筑之间的防火间距。瑞典的规范规定防火间距小于4m的情况下应考虑采取防止火灾蔓延的措施。德国、瑞士的规范之间规定了最小的防火间距数值。中国的规范既考虑了开口的情况，也对一些类别的建筑防火间距作了规定。
对不超过6层的多层住宅建筑，当外墙门窗洞口面积之和不超过外墙面积10％时，各国规范对于建筑物防火间距的要求如表18所示。
[img]2008102882775.gif[/img]
注：这些数据没有考虑采取加强防火保护措施或分隔措施后间距可以进一步减少的规定。
可以看出，中国、德国、瑞典和瑞士规范规定的防火间距较大，在4~8m之间；美国、加拿大的次之，在1.2~3m之间；日本规范的防火间距要求最小。
（三）消防设施比较
国外的多层住宅在消防系统的设置要求上较我国严格得多，相应的配套程度、自动化水平也较我国先进。
（四）基于比较结果的分析
与国外的现行标准相比，单就建筑构件耐火等级和建筑物间的防火间距而言，我国标准的要求总体上要高于欧美及日本等国的规定，在低层住宅中这一差距尤为明显。但我国对多层住宅的消防设施配备则弱于上述发达国家。这实际上是各国的经济发展水平、消防安全管理体制与水平，以及公众的消防安全意识上存在的差异，在技术标准上的反映。与我国更多地强调通过对建筑构件耐火极限的要求，以实现良好的防火分隔，把住宅防火问题引入单个住户单元不同，国外类似规范的制定原则在考虑将火势限制在一定范围内，使其不向相邻的建筑扩散的同时，更注重火灾发生时的逃生功能，即在等待及时救援的时间内实现人员从建筑物内的安全疏散。也就是说，我国建筑的防火更多依靠保证建筑构造的被动防火功能来实现，而国外的建筑防火则通过采取疏散、灭火救援等主动防火的措施来弱化对被动防火的要求。总之，无论是加强被动防火系统还是着重主动防火系统，都应使建筑的整体消防安全水平既要保障人员安全又要与建筑投资统一。
考虑到我国与这些发达国家在经济水平等方面存在的差别，就当前情况下我国在建筑防火规范制定上的侧重难免有一些不同。今后，随着我国经济的不断发展，配套设施和制度的完善，我国的住宅防火规范也会进行积极的调整，通过规定安装一些辅助的避难器具、设置疏散指示标识等方法来强化疏散，从而使规范对建筑防火的要求将更趋合理、完善。
五、日本薄板钢骨结构防火安全研究
新日铁公司经过历时5年的研发与推广，薄板钢骨结构已有了较大的发展。在日本已经有越来越多的民众接受这种建设速度快、绿色环保、抗震性能高的薄板钢骨结构。虽然这种结构校一般的木结构建筑在防火性能上有了较大优势，完全可以取代日本传统的木结构住宅。但如果扩大其使用范围，使其不仅可以作为独立住宅也可以作为集合住宅而走进市场的话，则需要进行相应的设计、试验研究以满足建筑防火设计规范中一系列防耐火要求。从日本目前的情况看，经过新日铁公司以及日本相关建设单位的参与，他们在薄板钢骨结构的防耐火性能研究中已取得了初步可行的结果，其耐火性能完全可以满足日本规范三层建筑的防耐火要求。
从日本新日铁的研究结果看，无论是墙体（包括外墙及内隔墙）还是楼板体系统均可以达到日本建筑防火设计中耐火建筑1小时耐火时间的要求。从日方提供及现场体验的结果看，日本方面为保证墙板及楼板体系的耐火性能主要采取了以下措施：
采用耐火性能较高的板材，如不燃水泥基外墙板、耐火石膏板等作为基本材料。这两种材料在进行耐火试验时有助于延长墙板或楼板的耐火时间，这主要在于这两种材料的抗火性能较好，在受火条件下不易过早出现裂缝等破坏情况，有助于延长系统的耐火完整性时间。
采用断热桥的方式。在板材内隔墙的设计上，虽然出于隔声的考虑而采取了两侧龙骨错位设计的概念，这一设计思路不仅起到了良好的隔声效果，同时也起到断热桥的效果，有利于隔墙受火时延缓背火面温度由于龙骨的导热而升温过快。
墙系统中在板接缝处增加止火带，以阻止板与板接缝处可能的窜火、漏火情况的发生。
在墙板与楼板的设计中由于其自身其他性能的要求，如隔声、结构承载等，使得墙板或楼板总厚相对普通轻钢龙骨结构的要厚，而这样的结构在很大程度由于空气层的增大而使得其隔热性能增强，有助延长耐火隔热性能时间。
（一）中、日两国构件的耐火性能比较
通过日本专家的介绍，我们知道在日本而于构件耐火性能的要求是基于日本国建筑基本法而执行的。分为耐火建筑、准耐火建筑以及防火建筑。而这种分类又似乎是与建筑物周边的情况以及建筑物自身的重要性、面积等有着直接的关系。作为一般性的民用独栋住宅仅为防火建筑，而1-3层的集合住宅则要求为耐火建筑。两者的区别在于对构件耐火性能的要求完全不同。作为1-3层的集合式住宅，其承重墙及楼板的耐火性能要求完整性及隔热性均要达到1小时。
在中国，建筑物的耐火等级是依据建筑物组成构件的燃烧性能、防火间距、建筑面积等决定的。目前关于多层建筑的建筑设计防火规范可规定主要有《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）及《住宅建筑规范》（GB50368-2005），这两本规范中均涉及到多层居住建筑，但在《建筑设计规范》（GB50368-2005）第5.1.1条中指出，住宅建筑构件的耐火极限和燃烧性能可按一行国家标准《住宅建筑规范》（GB50368）的规定执行。为便于比较，表1中给出了中、日两国相关规范在的要求。
无论是中国的住宅规范还是建筑设计防火规范，对于建筑构件的燃烧性能都作了规定，这似乎与日本规范有所不同。我们从表1中可以看出，无论是住宅规范还建筑设计防火规范对于4层以上的住宅的构件都要求是不燃烧性的材料。
表1 规范比较（略）
在表1中我们注意到，即使在日本，如果该类住宅建到5层的话，其耐火性能也要大幅度提高。而在我国的住宅建筑规范中，则在承重墙与楼板的耐火性能上有所降低。而中、日两国在耐火性能的要求上也是略有不同的。在中国的《建筑设计防火规范》中对耐火性能明确定义为“在标准耐火试验条件下，建筑构件、配件或结构从受到火的作用时起，到失去稳定性、完整性或隔热性时止的这段时间”（第2.0.1条），但在该规范的条文说明中则指出“本条主要与《消防基本术语 第一部分》GB5907-86中的有关定义相协调。但应注意的是，对于建筑构件，该耐火极限应按照《建筑构件耐火试验方法》GB/T 9978规定的判定条件进行判定。在建筑构件耐火性能试验方法中对分隔构件的耐火性能的判定是在耐火时间内即要满足稳定性、完整性，同时也要满足隔热性。
而在试验条件上中、日两国基本相同，均采用ISO834中的标准升温曲线进行升温，无论是隔墙还是楼板均为一侧受火，若为承重构件则均需在试验中加载。在中国，进行承重构件的加载试验时，一般加载量为设计荷载的70%。作为中国试验标准中的稳定性是指，试验中水平构件最大变量不超过L/20（L为计算跨度）；柱最大变形量不超过H/100且最大变形速率不超过3H/1000（H为初始受火高度），若超过此值则认为其已丧失了承载力。由于对承重墙没有具体而明确的变形条件要求，因此其稳定性的判断参照柱构件。表2为中、日两国在构件耐火性能试验方面比较。
表2 中、日两国水平或垂直分隔构件耐火性试验方法比较（略）
对于构件的燃性能在中国的建规第2.0.2条中指出“不燃烧体：用不燃烧材料做成的建筑构件。”而住宅规范中的不燃性是与材料分级中的不燃性相对应的。在中国建筑材料的不燃性是按照《建筑材料分级方法》GB8624进行的。在中国建筑材料的燃烧性能分为不燃性、难燃性、可燃性、易燃性。而在日本另外还有一个准不燃级，它介于中国的不燃性与难燃性之间。这种材料在日本是可以用于耐火建筑中的，但在中国若用于不燃烧性的构件中就完全不可以。
（二）薄板钢构结构在中国应用中的防火安全问题
通过中、日防火规范的对比，若将此类建筑在中国扩展至5层住宅，其耐火性能在原设计1小时的基础上需再提高至1.5小时，这需要对墙板、楼板进行重新设计，按照中国标准进行测试。但由于耐火性能提高，且需要同时满足耐火稳定性、完整性、隔热性，因此可能会直接影响墙板、楼板的厚度或质量，因此结合结构设计综合考虑是很有必要的。在重新设计时，可能会由于构件质量方面的考虑，选择较轻的内部隔热材料，但必须注意其整体构件的燃烧性能，以尽可能满足不燃性为基准。《建筑材料防火分级方法》GB8624新版标准将于2007年3月起实施，由于新版标准中试验方法的改变，实际上对于材料的分级更为严格，也就是说可能原来可以放行到不燃性级别的材料，而由此被划分到难燃性级别中去。因此，在进行薄板钢构墙板及楼板设计中应注意到这一点，并做好选材前的试验准备。并选择可以满足新标准的建筑材料进行设计。
因目前还没有类似结构的墙体或楼板通过1.5h的耐火性能试验，因此需要中、日双方通过重新设计、试验，方能确定是否此类系统的构件可以满足中国规范的标准。
在其他防火安全问题上，如建筑面积、防火间距、疏散长度等是完全可以通过建筑设计而控制的。
（三）国内钢结构住宅的防火问题
在我国钢结构建筑中，除低层别墅外。大部分采用的型钢建筑，而这种建筑多为梁柱体系。在防火上主要是钢柱和钢梁的防火问题，因此多采用薄型或厚型防火涂料进行喷涂以达到不同的耐火极限要求。而一般情况下这种结构的建筑的楼板多为砼组合楼板，它们大多都能满足耐火性能的要求。而对于这类结构的墙体，则大多为非承重墙，因此耐火性能的要求对于3级建筑而言也仅为0.5h，一般的轻钢龙骨石膏板墙也可以达到。在中国型钢结构的防火保护大多采用防火涂料喷涂而很少使用防火板保覆的方式，这主要是因为没有足够的试验结果支持这样的一种保护方式，由于防火板材多为脆性材料，在与钢梁同时受力的情况下，极易脆断而过早出现裂缝，导致过早的丧失材料的防火隔热保护性。但型钢结构的钢结构住宅与轻钢结构的住宅有着本质上的差别，它并不是墙、板体系。因此在防火侧重点上是不同的。对于薄板钢构建筑主要侧重于墙、板的耐火性能上，而对于轻型钢结构，则主要是侧重于梁柱。
无论哪种结构型式的钢结构建筑，其主要的防火安全性能都集中在构件的耐火性能及材料的燃烧性能上，因此解决好这一问题是推广此类建筑的关键。
六、防火要求建议与下一步工作计划
综合上述分析，要保证在中国建造薄板钢骨结构体系多层住宅的防火安全，可从建筑的被动防火和主动防火两方面着手开展相关研究。
（一）防火要求建议
研究薄板钢骨结构体系多层住宅在被动防火方面要求达到的最低防火性能，对相应耐火等级建筑构件的耐火极限、防火间距、面积、长度和装修材料，管道及其包覆材料，构件的内填充材料的燃烧性能等做出合理的防火要求。
考虑到在我国拟建造的薄板钢骨结构体系多层住宅建筑多为小户型，其建筑的面积、长度、防火间距等应不难满足现有规范要求，如何保证建筑构件的耐火极限达标是关键所在。
对于规范要求必须达到一定耐火极限的薄板钢骨结构构件，主要依靠对构件的包覆材料进行防火处理，以阻断火焰与薄板钢骨构件直接接触。传统的做法之一是在薄板钢龙骨之间添加保温隔热材料，再在其外面覆盖石膏板。所需采用的保温隔热材料或石膏板种类由构件所要达到的耐火极限决定。薄板钢骨结构构件可以通过合理的选择材料和组装方法达到要求的耐火极限。
日本已成熟应用的薄板钢骨结构体系低层住宅，当满足耐火建筑要求时，其建筑构件的耐火极限可以达到1.0h，其中墙体为不燃材料，楼板为准不燃材料。参照上文的表14，与我国规范对多层住宅建筑构件耐火极限的要求进行对比，可以看出，将日本现有的薄板钢骨结构体系应用于我国多层住宅的建造，要满足建筑构件耐火极限的要求，将承重墙的耐火极限提高到1.50h是首要的任务。可以通过增加石膏板的厚度或敷设层数，改变填充材料等方式来实现。同时，建议薄板钢骨结构体系住宅内外墙及屋面至少应为难燃烧体。
（二）下一步工作计划
由于目前的研究尚不充分，特别是缺乏必要的验证试验，如对薄板钢骨结构的耐火极限要求，往往是对由薄板钢骨、填充材料、覆面板等组成的整体结构而言，这些不同部分的组合会使整体结构的耐火极限等性能存在较大的差异。同时，由于各国规范对建筑构件耐火极限及材料燃烧性能的分类和试验方法也各不相同，因此国外的一些规范规定和试验结果只能作为参考。具体建筑构件的耐火极限需要根据我国相关标准经试验确定。有关建筑物之间的防火间距、某些特殊情况下建筑防火设计的专门技术要求以及如何配置主动消防设施、如何设置消防安全疏散设施等，还需要进一步开展研究。为了更好地解决有关薄板钢骨结构体系建筑的消防技术问题，建议以后开展如下研究工作：
1．针对不同使用功能的薄板钢骨结构体系建筑或住宅内的不同房间，如何合理的配置自动喷水灭火系统、火灾报警系统、建筑灭火器、消火栓灭火系统等主动消防设施。
2．根据我国设计应用的薄板钢骨结构建筑的构件及其防火保护措施，开展部分典型试验验证。建议试验内容：在标准火条件下构件的机械性能（偏移和失效时间、弯曲刚度、强度消减）、温度变化和残余横截面的特性（形状、炭化深度和截面模）等。
3．结合理论计算和试验验证建筑物之间的防火间距要求。
4．研究建筑物的消防安全疏散设施的设置条件及要求。
5．研究当薄板钢骨结构体系住宅建筑具备某些特定条件时的专门要求，如建筑物设置自动灭火系统后的防火分区建筑面积与建筑长度的调整要求、建筑物在一定条件下的防火间距调整要求等。
七、 小结
本项研究在于为在中国建造薄板钢骨结构体系住宅提出建筑防火设计技术要求的建议。
建筑防火主要由建筑的被动防火体系、建筑的主动消防体系、建筑的消防安全疏散系统等构成。建筑防火是一个完整的系统，建筑消防安全应是该系统中各子系统消防安全水平协调一致的结果。通过研究国外的相关规定，并考虑中国规范的历史与现状，可以认识到：在中国将薄板钢骨结构体系应用于多层住宅时，其建筑防火设计的重点和核心问题是如何确定薄板钢骨结构体系的耐火保护要求以及如何使其满足这些要求。
（中国建筑科学研究院防火研究所 所长/高工 李引擎、公安部天津防火研究所 处长/高级工程师 倪照鹏、公安部天津防火研究所工程师 郝爱玲、中国建筑科学研究院防火研究所高级工程 师史毅）
