程彩霞，丁国锋，唐葆华，刘 敏
(首安工业消防股份有限公司，北京100096)
摘 要：介绍了钢铁冶金企业钢结构厂房的特点及防火设计现状，针对目前国内相关标准规范的规定，说明了钢结构防火设计存在的问题。正在编制的国家标准《钢铁冶金企业设计防火规范》提出了体现钢铁冶金行业特点的钢结构厂房防火设计方法和对策。
关键词：钢铁冶金企业；钢结构；建筑防火；规范
中图分类号:TU273,X924 文献标识码:B
文章编号:1009-0029(2006)03-0343-04新中超客栈2015
1 钢铁冶金企业钢结构厂房的特点
近年来，我国钢铁冶金行业迅猛发展，钢结构建筑结构形式以其自重轻、强度高、施工周期短等优势，广泛应用于钢铁冶金行业的大型厂房及各类建(构)筑物中。目前，钢铁冶金企业中采用钢结构的建(构)筑物主要有主厂房、炼钢炼铁平台、干煤棚、运煤栈桥等。钢铁冶金企业钢结构厂房具有以下特点:
(1)面积大，跨度大，高度高。如上海宝钢集团的某大型厂房和一些特种构筑物都采用钢结构，其一、二期工程钢结构建筑面积就达105万m2，有的厂房面积达22.4万m2；无缝钢管厂跨度和柱距最大48m，最多的连跨为8跨；有的车间柱高50m。
(2)厂房内存在大量生产性热源。如高温铁水、铁块等，而且在生产中大量使用电气设备和加温工序，同时也存储、使用各类可燃物。
(3)工艺流程长，大型设备多，设备密集。考虑到钢铁冶金企业流程性生产及节约能耗，独立的工艺厂区建筑结构连体成片，生产机器设备布置密集。
(4)工厂管网、电缆、桥架等较多，钢结构厂房的局部完整性因此受到破坏或影响。
2 我国钢结构厂房防火设计现状
2.1 国内相关标准规范的防火设计规定
《建筑设计防火规范》(GBJ16-87,2001年版) (以下简称《建规》)第2.0.5条规定：二级耐火等级建筑的屋顶如采用耐火等级不低于0.5h的承重构件有困难时，可采用无保护层的金属构件。但甲、乙、丙类液体火焰能烧到的部位，应采取防火保护措施；第3.2.1条规定：一、二级耐火等级(单层)的丁、戊类厂房的防火分区面积不限；第7.2.8条规定：二级耐火等级的丁、戊类厂(库)房的柱、梁均可采用无
保护层的金属结构。
《火力发电厂与变电所设计防火规范》(修订稿)第3.0.10条规定：当运煤建筑采用钢结构且设置自动喷水灭火系统或水喷雾灭火系统时，承重构件可不采取防火保护；第3.0.11条规定：当干煤棚或室内贮煤场采用钢结构时，如采用内火极限不低于0.5h的承重构件有困难时，可采用无保护层的金属构件，但其根部范围的承重构件应采取有效的防火保护措施，其耐火极限不应小于1h。
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Analysis of the several problem s i n performance-based design and assess m en t HUAN G D e2x iang,YAN G Sh i2qun (Sichuan F ire R esearch Institute of M PS,D ujiangyan 611830,Ch ina)
Abstract:Som e deficiencies of the perfo r m ance2based design and assess m ent in engineering p ractice w as analyzed.It w as emphasized that the perfo r m ance2based design and assess m ent should be app lied w ith in certain li m itati ons so as to avo id fire sefety hazards.It w as also emphasized that tho se fire safety experts w ith insigh t should pay m uch attenti on to the research and app licati on of perfo r m ance2based design and assess m ent so as to ensure that it can be developed and app lied in a healthy w ay.
Key words:building fire p ro tecti on;perfo r m ance2based;code; assess m ent
作者简介：黄德祥，男，公安部四川消防研究所副研究员,《高层民用建筑设计防火规范》国家标准管理组副组长，四川省都江堰市外北街266号,611830。
收稿日期:2005-11-20
基金项目:2004年工程建设国家标准制订、修订计划项目
《钢结构设计规范》(GB50017-2003)第8.9.5(2)款规定：当结构的表面长期受辐射热达150℃以上或在短期内可能受到火焰作用时，应采取有效防护措施(如加隔热层或水套等)。
《石油化工企业设计防火规范》(GB50160-1992)对钢管道、支架、裙座等作了耐火层的要求。
2.2 我国钢铁冶金企业钢结构厂房防火设计的问题
目前，我国钢铁冶金企业中钢结构厂房防火设计存在以下几个问题:
(1)在高温作业区，一般情况下工艺设计均做了耐高温和防火处理，但是由于规范规定不清，没有明确的标准可依，各企业设计水平参差不齐，有些工厂也缺乏充分的保护。
(2)丁、戊类厂房基本未作防火保护措施，但是由于面积大、跨度大等原因，厂房内常有高温作业区，导致业主、设计单位和消防审查部门之间矛盾不断，且没有明确的执法依据。
(3)其他钢结构建筑的防火状况不尽理想，有的使用甲、乙、丙类液体、可燃气体的建筑并没有进行应有的防火保护措施，有的又重复设置消防系统，导致投资浪费。
如果按照《建规》表2.0.1“建(构)筑物燃烧性能和耐火等级”的规定，钢结构的建(构)筑物将不能达到二级耐火等级的要求。因此，需要按照相应的耐火等级进行防火分区，并采取防火保护措施，但是对于钢铁冶金行业的流程性原料生产，上述防火保护是无法实现的。
钢铁冶金企业丁、戊类厂房的钢结构是否需要采取防火保护措施，一直是业主、设计单位和审查监督部门争议的焦点问题之一。而且，在设计中确定防火重点保护区域及选择消防安全措施，也常常存在较大差异和困难。
在没有专门的钢铁冶金行业防火设计国家或行业标准之前，其防火设计主要是参照一些相关领域的防火设计规范，如《建规》、《火力发电厂与变电所设计防火规范》(GB50229)等，难以体现我国钢铁冶金企业的特点。这种防火设计现状导致了钢铁冶金企业厂房真正重点的防火部位不明确，不能采取有效的方式预防火灾事故的频繁发生；另一方面钢铁冶金企业的部分消防工程投资较大，但所采取的消防设施却不能对症下药，火灾事故仍然频繁发生。
3 钢铁冶金企业钢结构厂房防火设计研究
3.1 丁、戊类厂房防火分区面积与工艺要求的矛盾
根据钢铁冶金行业的生产特点，若按照《建规》的相关规定，需要对炼钢、炼铁等主厂房进行防火分隔,
则将会导致工艺流程的不顺畅，成本和能耗的大幅度增加，甚至还会造成无法进行生产或不能进行改、扩建等问题。如果仅仅是因为满足工艺要求或改、扩建工程的实施要求而进行防火设计，将会增加很多安全隐患。例如，热轧厂的厂房上部两侧都设有运输成品或半成品的运输行车轨道，如果进行防火分隔，那么行车将无法运行，整个生产将受到很大影响。
目前国内的钢铁冶金企业规模越来越大，生产设备向大型化、现代化、连续化的方向发展，建成了大型烧结机、大型现代化高炉、转炉以及大型先进技术工艺生产线(如冷热连轧生产线、薄板坯连铸连轧生产线等)。很多钢铁企业都采用了这些新的生产工艺，如宝钢三期、武钢三炼钢、珠钢薄板坯连轧、唐钢超薄板带和鞍钢1780轧机生产线等。然而，这些都给钢铁冶金行业钢结构厂房的防火分区问题带来了很大的难题。以连铸连轧生产线为例，如果将厂房进行防火分隔，这种生产工艺流程将会无法正常进行，新生产工艺的优越性也将无法得到体现。
根据多年的钢铁企业钢结构厂房消防经验及国内外大量火灾案例分析统计情况来看，钢铁各主厂房因没有进行防火分区而导致火灾发生的案例很少。因此，对钢铁冶金行业的主厂房进行防火分隔，其意义不大。
3.2 丁、戊类钢结构厂房防火措施的经济合理性
目前，钢结构厂房采用的防火保护措施，主要有：钢结构防火涂料保护、防火板保护、混凝土防火保护、柔性卷材防火保护、耐火钢、结构内通水冷却等。
我国现行的建筑设计防火规范用耐火极限作为建筑物构件燃烧性能的判定标准。从规范中可以看出，未加保护的钢梁、钢柱、钢制屋顶承重结构的耐火极限为0.25h，要克服钢结构材料在实际应用中防火性能方面的不足，必须对其进行必要的防火处理。目前，我国钢铁冶金企业厂房的钢结构防火主要是采用涂刷防火涂料等方法，但涂刷防火涂料无论从经济性、可操作性和适用性方面均存在一定问题。主要表现为:
(1)涂刷防火涂料会大大增加建设投资费用。在《钢铁冶金企业设计防火规范》尚未出台前，按照现有的相关标准或规范，需要对钢结构整体全部涂刷防火涂料(未按危险部位区分对待)，其费用相当高。如某钢铁集团热轧厂钢结构，若对其涂刷防火涂料则增加的费用将达几千万，而且还不包括后期的维护费用等。
(2)要达到预期的防火效果，必须保证防火涂料的涂刷厚度，但是在施工验收过程中很难保证和检验防火涂料的涂刷。
(3)防火涂料存在着使用期限的问题，在涂刷3～4年后，就会出现老化脱落的现象，需要定期重新涂刷，费用不断增加。万盛区委书记
(4)有些防火涂料本身就存在阻燃性能差的特点，一旦涂刷上在高温的环境中反而易引发火灾等。以上这些原因导致了目前钢铁冶金企业钢结构厂房防火保护中对此类钢结构建(构)筑物均未采取防火措施，经消防部门审批时通常需要进行专家论证，这是应当特别值得关注和解决的问题。4 丁、戊类钢结构厂房的科学计算与论证
析构函数
《钢铁冶金企业设计防火规范》规范编制组依据该规范附录B 《火灾危害性分析导则》
所规定的程序和方
法，采用火灾动力学模拟软件
FD S 对某一个热轧厂房内粗轧机区域进行了火灾危害性分析，计算中火灾场景设定为因轧辊润滑油泄漏引起。场景A 轧机本体及屋顶区域在700～900s 内的平均温度云图，如图1、图2所示。
图1 轧机本体温度云图
图2 屋顶温度云图
由图1和图2可以看出，在火灾情况下，轧机本体的平均温度将上升到450℃以上，一旦火灾持续较长时间，轧机本体及机架钢结构将不可避免地被破坏；顶部及四周墙面最高温度点平均温度小于250℃，在这种情况下钢结构的强度损失很小。
计算结果表明：热轧厂房内主要火灾危险部位为
轧机本体及机架；火灾情况下，轧机本体温度可能上升到520℃以上，宜设置火灾探测报警系统及自动灭火系统；火灾情况下厂房顶屋顶及四周墙面最高温度点平均温度不超过250℃，钢结构强度损失很小，可不采取防火保护措施。由此，不需要对丁、戊类厂房整体的钢结构进行涂刷防火涂料。过去，为了解决设计、规范与实际工艺间的矛盾，很多钢铁企业在防火设计上都是采取专家论证会的形式，且“钢结构厂房防火保护”的专家论证结果和上述计算的结果是一致的。如在某集团公司第二热轧带钢厂(系单层钢结构丁类厂房，总建筑面积10.4万m 2，高18m )的工程验收中，存在着“由于厂房钢结构未采取防火保护措施，达不到二级耐火等级要求且未划分防火分区的问题”。该市消防支队根据该厂的申请，于2003年8月提请国家消防主管部门组织专家论证，以解决上述问题。论证会后形成了可不作防火保护处理和防火分隔一致意见。因此，该市消防支队认定该钢铁集团公司第二热轧带钢厂的土建消防工程验收合格。
5 钢结构厂房的防火设计思路及本规范的规定
对于钢结构防火所采取的防火措施，要从防火安全性和经济合理性两方面进行科学地分析和比较，以便最终选择一种最优的防火措施。另外,《钢铁冶金企业设计防火规范》对钢结构厂房的防火问题还充分考虑钢铁企业中的环境因素、生产工艺因素以及各生产工艺间的协调问题等。5.1 丁、戊类钢结构厂房的防火规定
通常，在没有火灾负荷的情况下，钢结构的防火设计不需要考虑在火灾情况下钢构件的性能变化，而对于火灾荷载较大部位的钢构件，则应加强防火安全保护。因此，相对于以往防火设计所参照的标准、规范,《钢铁冶金企业设计防火规范》结合工艺特点和实际经验，在一些方面放宽了防火要求，从而直接带来了消防成本的降低。《钢铁冶金企业设计防火规范》第3.0.4条规定:“丁、戊类厂房或库房中的承重构件为钢结构时，可不采取防火保护措施，防火分区应根据工艺要求划分，面积可不限。但对使用甲、乙、丙类液体或可燃气体部位的建(构)筑物承重构件，应采取外包敷不燃材料或其它防火隔热保护措施。这些部位装设自动灭火设备时，构件可不采取防火保护措施”。
第5.2.5条对热源距厂房各种结构的距离规定:“建(构)筑物有可能被铁水、钢水或熔渣喷溅造成危害的构件，应采取耐热和隔热的保护措施。运载铁水罐、钢水罐、渣罐、红锭、红(热)坯等高温物品的过跨车和
空钢锭模及底盘铸车、钢锭模车、(热)铸锭车，以及车
间内其他类似电动车辆的外表面距厂房柱、楼板或平台柱的外表面不应小于0.8m，且柱子和楼板还应包敷防热层隔热”。
5.2 干煤棚钢结构防火问题
近年来，钢结构也广泛地在运煤系统的干煤棚建(构)筑物中被采用，其结构形式多为拱形屋架、网架。
钢铁冶金企业中煤的使用、储存和煤种与火电企业不同。在钢铁冶金企业中，煤的使用、储存等场所多、场地分散(主要集中在工艺流程的上流，如：综合原料场、烧结、球团、焦化等)，但其储量较小，一般仅为5～7 d的用量，而且在焦化工艺中使用的炼焦煤一般为含水率10%左右的洗精煤，火灾发生的几率小。从近50a 的生产实践来看，钢铁冶金企业中很少由于煤的自燃而导致火灾发生。因此，钢铁冶金企业干煤棚的防火要求较低于火电厂。
《建规》第2.0.5条规定:“二级耐火等级建筑的屋顶如采用耐火等级不低于0.5h的承重构件有困难时，可采用无保护层的金属构件。但甲、乙、丙类液体火焰能烧到的部位，应采取防火保护措施”。干煤棚储存的是固体煤，不同于可燃液体。统计表明，煤场火灾均为煤的自燃所致，无大的火焰，因此，无
须计算火焰高度，但考虑到干煤棚结构形式的特点，如果拱形屋架的根部被破坏，将造成较大损失。因此,《钢铁冶金企业设计防火规范》(送审稿)第3.0.12条规定:“当干煤棚或室内贮煤场采用钢结构时，如采用耐火极限不低于0.5 h的承重构件有困难时，可采用无保护层的金属构件，但其根部3m范围的承重构件应采取有效的防火保护措施，其耐火极限不应低于1h”。
6 结 论
经过调研和论证,《钢铁冶金企业设计防火规范》从防火安全性和经济合理性两方面进行科学的分析，提出了符合钢铁冶金行业特点的钢结构防火规定，使工程投资更合理、更科学。如对丁、戊类厂房钢结构的防火保护问题，针对其高度较高、空间较大、发生火灾的可能性较小的特点，规定其承重构件如采用钢结构时，可不采取防火保护措施；另外，还给出了若设有自动灭火设备，钢结构建筑物可以不做防火保护处理的规定。这些规定使得钢铁冶金企业的防火设计更加科学合理、经济适用，更加符合钢铁冶金行业的特点。
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・科技信息・
适合在危险区域使用的探测器
TH E F I R ERA Y2000Eexd感烟探测器可检
测到大危险区域的烟雾，使用场所一般在石油钻
塔、炼油厂和石油化工厂等。安装两个探测器在相
隔100m的位置，探测覆盖面积可达到1500m2,
相当于15只与传统系统配套的标准感烟探测器
电子产品世界
的功效。F I R ERA Y探测器利用防爆式红外光束
来探测各种阴燃材料，包括绵绳和聚合纤维等，并
通过A T EX标准，该系统耗电流低，易与其他现有
系统配套使用。
邹方勇 供稿
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The study on f ire protection design of steel structure workshop of iron and steel m etallurgy
CH EN G Cai2x ia,D I N G Guo2feng,
TAN G B ao2hua,L I U M in
(Sureland Industrial F ire Safety Co.,L td,Beijing 100096,Ch ina)
Abstract:D escribes the characters and fire p ro tecti on design actualities of steel structure w o rk shop of iron and steel m etallurgy today.A cco rding som e code and regulati on in Ch ina,show that the p roblem s that exit in steel structure fire p ro tecti on design.T he comp iling“Cod e of D esig n on F ire P revention and F ire P rotection f or I ron&S teel M etallu rgy E nterp rises”p rovides som e fire p ro tecti on design m ethods and counter m easures of steel structure w o rk shop,w h ich em body the characters.
Key words:iron and steel m etallurgy enterp rises;steel structure;building fire p ro tecti on;code
作者简介：程彩霞(1978-)，女，湖北武汉人，首安工业消防股份有限公司研究与发展中心标准规范研究室，国家标准《钢铁冶金企业设计防火规范》编写管理组成员之一，主要从事性能化防火设计、标准规范制定及给水排水等方面的研究，北京市海淀区西三旗建材城东路18号佰能大厦三层,100096。
收稿日期:2005-11-23
乌螺
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