·140· 福 建 建 筑 2023 年

目的試點(diǎn)示范村工程,項(xiàng)目整體位于東沖村村域范圍

內(nèi),如圖 1 所示。 本項(xiàng)目建設(shè)以道路為載體的現(xiàn)代化

交通設(shè)施,既可促進(jìn)區(qū)域交通向“綠色” “環(huán)保”和“以

人為本”的方向發(fā)展,又可推動(dòng)社會(huì)的發(fā)展。 本項(xiàng)目

的建設(shè),將極大地推動(dòng)片區(qū)內(nèi)的土地開發(fā),促進(jìn)三沙

鎮(zhèn)的建設(shè)。 項(xiàng)目起點(diǎn)位于東沖村境內(nèi)接現(xiàn)狀 C712,

終點(diǎn)位于東沖村澳里附近接現(xiàn)狀 C712。 項(xiàng)目舊有道

路等級(jí)為四級(jí)公路Ⅰ類,路線改造范圍路線總長約

1525 m,改造形式采用“白加黑”對(duì)路面進(jìn)行瀝青加鋪

設(shè)計(jì),并對(duì)沿線路燈照明系統(tǒng)進(jìn)行景觀改造提升,同

時(shí)對(duì)部分架空管線進(jìn)行地下設(shè)計(jì)。 現(xiàn)狀路面為水泥

混凝土路面,路面狀況優(yōu)良。

圖 1 工程項(xiàng)目鳥瞰圖

2 現(xiàn)狀調(diào)查與分析

2. 1 建設(shè)需求

東沖村為寧德市景觀旅游名村,歷史文化特色資

源豐富,具備優(yōu)質(zhì)的人文及自然特色資源。 結(jié)合村莊

自然生態(tài)與歷史文化要素,制定保護(hù)傳承目標(biāo)策略,

提出村莊人口與用地規(guī)?？刂埔?、生態(tài)化建設(shè)的需

求。 本次 “白改黑”項(xiàng)目皆位于東沖村境內(nèi),C712 為

東沖村對(duì)外的唯一通道,貫穿全村,對(duì)東沖村的出行

與經(jīng)濟(jì)建設(shè)有著重大的作用。 通過項(xiàng)目的改造,提升

了東沖村整體村貌和村民的生活質(zhì)量,也提升了村落

整體美感,能吸引更多的商客往來游玩、發(fā)展與消費(fèi)。

2. 2 沿線自然地理?xiàng)l件

線路場區(qū)地震基本烈度為 6 度,地震動(dòng)峰值加

速度為 0. 05 g,設(shè)計(jì)分組第二組,地震動(dòng)反應(yīng)譜特征

周期 T 為 0. 40 s。 近期未發(fā)生過較大地震,為相對(duì)

穩(wěn)定區(qū),對(duì)工程建設(shè)和后期使用無重大影響。 霞浦

縣屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū),氣候溫暖,氣候要素

垂直差異明顯,山岳地帶隨海拔高度每上升 100 m,

年平均氣溫約降低 0. 56℃ 。 海島地區(qū)受海洋氣候

調(diào)節(jié),日較差小于各地。 受海洋氣候影響,地區(qū)季風(fēng)

特點(diǎn)明顯,春多雨水,夏多臺(tái)風(fēng),全縣年平均降水量

1100 m ~ 1800 mm。

2. 3 舊路面結(jié)構(gòu)組成

本項(xiàng)目現(xiàn)有的路基寬度為 6. 5 m。 斷面型式為

0. 25 m(路肩) + 3 m(機(jī)動(dòng)車道) + 3 m(機(jī)動(dòng)車道) +

0. 25 m(路肩) = 6. 5 m,如圖 2 所示。 現(xiàn)狀老路路面

面層采用 22 cm 厚 C20 混凝土面層,基層為 16 cm 厚

5% 水泥穩(wěn)定填隙碎石,墊層為 15 cm 厚填隙碎石。

舊路于 2020 年竣工完成,設(shè)計(jì)年限為 15 年,脹縫、縮

縫及縱縫均有設(shè)置。 現(xiàn)狀道路沿線局部設(shè)有水泥砼

護(hù)欄,缺少相關(guān)交通標(biāo)志。

圖 2 舊有路面橫斷面圖(單位:cm)

2. 4 舊路面病害情況

依據(jù)水泥混凝土路段破損調(diào)查得到的病害類型、

輕重程度和密度大數(shù)據(jù),依據(jù)《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)

準(zhǔn)》(JTG 5210)、《公路水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)

范》(JTJ 073. 1)相關(guān)規(guī)定結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查情況計(jì),得到

現(xiàn)狀道路技術(shù)狀態(tài)評(píng)定表,如表 1 所示。

表 1 現(xiàn)狀道路技術(shù)狀況評(píng)定表

起點(diǎn)樁號(hào) 終點(diǎn)樁號(hào) 路段里程 PQI SCI BCI TCI

K0 + 000 AK0 + 200 200m 98. 2 100 100 100

K0 + 200 AK0 + 400 200m 98. 1 100 100 100

K0 + 400 AK0 + 600 200m 98. 9 100 100 100

K0 + 600 AK0 + 800 200m 98. 0 100 100 100

K0 + 800 AK1 + 000 200m 98. 2 100 100 100

K1 + 000 AK1 + 200 200m 97. 3 100 100 100

K1 + 200 AK1 + 400 200m 97. 2 100 100 100

K1 + 400 AK1 + 600 200m 97. 4 100 100 100

K1 + 525 AK1 + 800 125m 98. 3 100 100 100

從調(diào)查結(jié)果可知,舊路面狀況良好,如圖 3 所示。

經(jīng)過綜合評(píng)定,舊路面破損狀況評(píng)定等級(jí)為優(yōu)。

2023 年 11 期 總第 305 期 柳昌華·基于 OGFC - 5 超薄瀝青罩面的鄉(xiāng)村振興公路改造設(shè)計(jì)研究 ·141·

(a) (b)

圖 3 舊路面狀況圖

3 總體設(shè)計(jì)思路

本工程主要是對(duì)舊有道路進(jìn)行改造,提升村容村

貌。 根據(jù)第 2 節(jié)中對(duì)現(xiàn)場實(shí)際情況的調(diào)查可知,本項(xiàng)

目的舊有道路現(xiàn)狀情況較好。 從項(xiàng)目整體經(jīng)濟(jì)性、舒

適性和使用性能上考慮,道路改造采用瀝青微罩面進(jìn)

行鋪設(shè),采用新型的 OGFC 瀝青混合料作為原材料。

由于舊路狀態(tài)良好以及建設(shè)單位的建設(shè)要求,在進(jìn)行

改造設(shè)計(jì)時(shí),平面、縱斷面和超高加寬等設(shè)計(jì)均采用

原有指標(biāo),并根據(jù)原路線中心進(jìn)行擬合。

3. 1 設(shè)計(jì)原則

(1)改造后的道路能夠提供舒適、便捷和安全的

服務(wù)功能。 加鋪方案應(yīng)滿足道路的使用功能要求,且

與舊有路面的具體特點(diǎn)相適應(yīng)。

(2)應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)的新舊面層間的粘接材料,保證

路面之間的粘結(jié)強(qiáng)度,提供良好的抗剪切能力,以消

除緊急剎車等原因造成剪應(yīng)力較大的危害。

(3)表面抗滑性,是道路設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)考慮的問

題。 應(yīng)從瀝青混凝土類型的選擇、集料選擇和混合料

級(jí)配設(shè)計(jì)著手,提高面層抗滑性能。

(4)具有較高的抗車轍和擠壓破碎的高溫穩(wěn)定

性,不使車轍過深而影響行車安全。 特別是上面層,

在陽光直射下路面溫度很高,應(yīng)該選擇抗車轍能力強(qiáng)

的上面層路面結(jié)構(gòu)。

(5)舊瀝青路面的罩面工程不能避免反射裂縫的

產(chǎn)生。 為此,須針對(duì)瀝青路面罩面工程的具體特點(diǎn),在

加鋪層厚度有限的條件下,采用優(yōu)質(zhì)的性能優(yōu)良的瀝

青混凝土,并在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,采取適宜的抗反射裂

縫措施,可以有效減少反射裂縫的產(chǎn)生。

(6)線路自然區(qū)劃及路床(舊路面)頂面回彈模量

也應(yīng)重點(diǎn)考慮,本項(xiàng)目自然區(qū)劃為浙閩沿海山地中濕區(qū)

Ⅳ-4,利用舊路面,直接加鋪回彈模量不小于300 MPa。

3. 2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)工程項(xiàng)目的使用要求,擬定本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)標(biāo)

準(zhǔn)如下:

(1)道路等級(jí):四級(jí)公路Ⅰ類;;

(2)設(shè)計(jì)速度:15 km / h;

(3)路基寬度:6. 5 m;

(4)路面設(shè)計(jì)荷載:標(biāo)準(zhǔn)軸載 BZZ - 100;

(5)路面結(jié)構(gòu)類型:瀝青混凝土路面。

3. 3 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案比選

根據(jù)現(xiàn)有路面情況,可采用兩種方案進(jìn)行加鋪,

具體如下:

(1)方案一

對(duì)舊路面進(jìn)行拉毛清洗,在舊路面上加鋪 1. 5 cm

厚的 OGFC - 5 瀝青混凝土微罩面。 為保證加鋪罩面

與舊混凝土路面之間的粘性,減少行車剪應(yīng)力對(duì)瀝青

加鋪層的影響,舊有路面與加鋪層之間,通過微罩面

專用粘層進(jìn)行粘結(jié)。 為了保證行車路面標(biāo)高的一致

性,在微罩面下設(shè)置集配微罩面調(diào)平層,具體結(jié)構(gòu)形

式如圖 4(a)所示。

(2)方案二

對(duì)舊路面進(jìn)行綜合處置后,加鋪 6 cm 的 AC - 20C

中粒式瀝青混凝土和4 cm 厚的 AC -13C 細(xì)粒式瀝青混

凝土。 瀝青混凝土之間通過粘油層進(jìn)行粘接。 加鋪的瀝

青混凝土和舊混凝土路面之間通過 1. 5L/ m

2

PC -2 乳化

瀝青透油層處理,具體結(jié)構(gòu)形式如圖4(b)所示。

(a)方案一

(b) 方案二

圖 4 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

對(duì)以上兩種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加鋪方案進(jìn)行對(duì)比分析,對(duì)

比的情況如表 2 所示。

·142· 福 建 建 筑 2023 年

表 2 路面結(jié)構(gòu)方案比較表

車道類型 方案一 方案二

行車道

1. 5cm 厚的 OGFC - 5 瀝

青混凝土微罩面

4cm 細(xì)粒式瀝青混凝土上

面層(AC - 13C)

6cm 中粒式瀝青混凝土下

面層(AC - 20C)

每平方

米造價(jià)

197 元 400 元 ~ 450 元

優(yōu)點(diǎn)

較好的契合現(xiàn)狀道路狀

況,工期短,施工便捷,對(duì)

現(xiàn)狀交通影響小,社會(huì)效

益好。

與方案一相比有相對(duì)較好

抗反射裂縫能力。 整體施

工難度低。

缺點(diǎn)

與方案二相比容易出現(xiàn)反

射裂縫

與方案一相比加鋪厚度厚,

路標(biāo)抬升較多,城鎮(zhèn)段人行

道、雨水口及檢查井都需要

整改。 造價(jià)高。

從表 2 的分析結(jié)果可知,方案一較方案二,每平

方米造價(jià)便宜 53. 65% 。 由于現(xiàn)有的道路狀態(tài)良

好,在效果一致,采用方案一經(jīng)濟(jì)效益更好。 由于工

程項(xiàng)目位于景區(qū),早日開放交通,方便景區(qū)正常運(yùn)

營。 相比于方案二,方案一施工工期短,只需針對(duì)舊

水泥路面病害處理、路面原縱、橫縫灌縫處理,噴涂

粘層油后直接加鋪罩面層,待溫度降低至 40℃ 以下

后,便可開放交通,施工便捷,社會(huì)效益好。 另外,由

于沿線居民住宅與現(xiàn)狀路面標(biāo)高高差較小,考慮到加

鋪后,路面標(biāo)高不高于居民住宅,防止雨水倒灌,無法

加鋪 9 cm ~ 10 cm 厚瀝青路面。 綜上,本項(xiàng)目采用方

案一進(jìn)行現(xiàn)狀道路的路面施工。

4 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

4. 1 調(diào)平層設(shè)置

為了調(diào)整工程項(xiàng)目的路段標(biāo)高,需設(shè)置對(duì)應(yīng)調(diào)平

層,以使得相應(yīng)工程的路面標(biāo)高滿足要求。 本項(xiàng)目調(diào)

平層設(shè)計(jì)按以下要求進(jìn)行:當(dāng)填高 > 1. 5 cm 時(shí),設(shè)置調(diào)

平層,調(diào)平層材料與面層材料一致,施工時(shí)與 1. 5 cm

面層一并加鋪,調(diào)平層厚度 = (填高 -0. 015)m。 由于本

項(xiàng)目周邊建筑的基礎(chǔ)底標(biāo)高均不高,因此,在本項(xiàng)目進(jìn)行

調(diào)平層設(shè)計(jì)時(shí),瀝青最大調(diào)平層厚度不宜大于1 cm。

4. 2 路面搭接過渡段設(shè)計(jì)

路面過渡段,主要是在起點(diǎn)或終點(diǎn)處的搭接、村

道與出入口處的搭接,具體搭接設(shè)計(jì)如圖 5 所示。 考

慮到行車的舒適性,應(yīng)保持新舊路面的標(biāo)高一致,將

舊路面進(jìn)行銑刨 1. 5 cm 后,再在上面鋪設(shè) 1. 5 cm 厚

的 OGFC - 5 級(jí)配瀝青混凝土面層。 設(shè)置 1m 長度,作

為與現(xiàn)狀道路銜接的過渡段,降低高低落差感。 銑刨

的厚度向水泥混凝土板塊另一側(cè)遞減。

圖 5 界面處搭接

4. 3 加鋪材料設(shè)計(jì)

由于微罩面混合料采用斷級(jí)配或開級(jí)配,要求瀝青

具有更好的粘結(jié)力和抗水性能,同時(shí)具有良好的施工和

易性,所以對(duì)瀝青提出相應(yīng)的指標(biāo)要求。 特種改性瀝青

為液體石油瀝青,要求有較高的固含量,且蒸發(fā)后瀝青有

較高的彈性和柔韌性,而不同于國內(nèi)典型改性瀝青的指

標(biāo)。 特種改性瀝青必須滿足表3 要求。

由于微罩面的超薄特性和開級(jí)配的特點(diǎn),要求粘

結(jié)防水層有更好的粘結(jié)特性和抗水特性,又需滿足機(jī)

械噴灑的施工性能,更為重要的是該材料可以采用分

步施工工藝,即先噴灑該專用粘結(jié)層材料,然后攤鋪

溫拌混合料,要求該材料與原路面具有極強(qiáng)的粘結(jié)

力,同時(shí)不被二次施工設(shè)備破壞。 微罩面專用粘層采

用添加有機(jī)硅活性劑及助溶劑的改性瀝青,微罩面專

用粘層材料必須滿足表 4 的要求。

表 3 微罩面特種改性瀝青性能指標(biāo)

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 單位 要求 實(shí)驗(yàn)方法

針入度 25℃ ,100g,5s 0. 1mm 60 ~ 100 T 0604

延度 5℃ ,5cm/ min cm ≥60 T 0605

軟化點(diǎn) TR&B ℃ ≥80 T 0606

運(yùn)動(dòng)粘度 135℃ Pa·s ≤3

T 0625

T 0619

60℃動(dòng)力粘度 Pa·s ≥50000 T 0625

閃點(diǎn) ℃ ≥230 T 0611

溶解度 % ≥99 T 0607

彈性恢復(fù) 25℃ % ≥60 T 0622

儲(chǔ)藏穩(wěn)定性試驗(yàn),24h % ≤5 T 0656

質(zhì)量變化,不大于 % ± 1 T 0604

殘留延度 5℃ , 5cm/ min cm ≥35 T 0604

軟化點(diǎn) ℃ ≥52 T 0604

粘韌性 N·m ≥20 T 0624

韌性 N·m ≥15 T 0624

2023 年 11 期 總第 305 期 柳昌華·基于 OGFC - 5 超薄瀝青罩面的鄉(xiāng)村振興公路改造設(shè)計(jì)研究 ·143·

表 4 微罩面粘層材料性能指標(biāo)

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目 單位 要求 實(shí)驗(yàn)方法

粘度,25℃ mPa·s 50 ~ 150 T 0625

儲(chǔ)藏穩(wěn)定性試驗(yàn),24h % ≤0. 5 T 0656

篩上剩余量試驗(yàn),0. 3mm,25℃ % ≤0. 1 T 0652

表干時(shí)間 h ≤0. 5 T16777

針入度 25℃ ,100g,5s 0. 1mm 80 - 110 T 0604

溶解度,三聚乙烯 % ≥99. 0 T 0607

4. 4 排水方案設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)場踏勘調(diào)查,本項(xiàng)目沿線原有排水系統(tǒng)可

滿足排水要求,因此,本次利用現(xiàn)有的排水系統(tǒng)。 將

現(xiàn)狀沿線檢查井進(jìn)行調(diào)高更換,采用球墨鑄鐵井蓋。

為了減緩檢查井及雨水口周邊的路面出現(xiàn)沉降,龜裂

破損,松動(dòng)等病害現(xiàn)象,提高道路檢查井的安全性與

耐久性,本次設(shè)計(jì)對(duì)排水檢查井及雨水口進(jìn)行加固處

理,具體做法如圖 6 所示。

圖 6 檢查井加固示意圖

圖 7 路面抗裂縫措施

4. 5 路面抗裂縫設(shè)計(jì)

由于本次項(xiàng)目加鋪厚度只有 1. 5 cm,因此需要采

取妥善的方式進(jìn)行裂縫的控制。 本項(xiàng)目在舊路面裂

縫和構(gòu)造縫處鋪貼抗裂材料,以防止原有縫隙對(duì)加鋪

路面的影響,具體鋪貼方式如圖 7 所示。 采用抗裂貼

進(jìn)行鋪設(shè),抗裂貼采用自粘式抗裂貼,抗裂強(qiáng)度大于

35 kN/ m,松弛率小于 10,寬度為 50 cm。 為了控制瀝

青路面的加鋪厚度,在進(jìn)行抗裂貼粘貼時(shí),在交叉處

應(yīng)斷開,保持同一垂直面上單層鋪設(shè)。 在進(jìn)行抗裂貼

鋪設(shè)時(shí),應(yīng)對(duì)損壞的路面進(jìn)行修復(fù),并且填封所有的

裂縫和構(gòu)造縫。

4. 6 交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)

路段現(xiàn)有交通標(biāo)志標(biāo)線設(shè)施較為完善,基本滿足

現(xiàn)有的行車需求;路側(cè)護(hù)欄主要有波形護(hù)欄、鋼筋混

凝土護(hù)欄防護(hù)形式,基本滿足防撞要求。 本次路面改

造后,需重新布設(shè)交通標(biāo)線,局部轉(zhuǎn)彎處增設(shè)警示

標(biāo)志。

車道邊緣線采用白實(shí)線,線寬 10 cm,車道邊緣線

每隔 15 m 留出 5 cm 缺口,以利于排水。 路面標(biāo)線分

別采用白色和黃色熱熔型反光涂料,厚度為 2 mm;涂

料中應(yīng)混合占總重量的 25% 的玻璃微珠;

標(biāo)志版面中文字高 25 cm,采用Ⅳ類反光膜。 考

慮到項(xiàng)目所處地區(qū)較為潮濕,標(biāo)志板全部采用鋁合金

板材,厚度為 3 mm。 標(biāo)志板滑槽采用鋁合金熱軋型

材,其性能應(yīng)符合《一般工業(yè)用鋁及鋁合金擠壓型

材》(GB / T 6892) 的有關(guān)要求。 交通標(biāo)志的反光膜,

懸臂式采用《公路交通標(biāo)志反光膜》 (GB / T 18833—

2012) 中的 III 類反光膜,單柱式采用《公路交通標(biāo)志

反光膜》(GB / T 18833—2002)中的Ⅳ類反光膜。

5 路面實(shí)測檢測

對(duì)本項(xiàng)目設(shè)計(jì)成果進(jìn)行實(shí)際現(xiàn)場檢驗(yàn),檢驗(yàn)的結(jié)果

如表5 所示。 從表中可以看出,本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案具有

良好的透水性和抗滑性,使用性能符合建設(shè)單位對(duì)項(xiàng)目

建設(shè)的要求。 實(shí)際鋪裝后的效果圖如圖8 所示。

表 5 路面實(shí)測檢測結(jié)果

編號(hào)

壓實(shí)度

/ %

平整度合

格率/ %

擺值

BPN20

構(gòu)造深度

/ mm

滲水系數(shù)

/ (mL·n

- 1

)

1 98. 3 100 45. 3 0. 722 4664. 6

2 99. 1 100 57. 6 0. 736 4725. 6

圖 8 瀝青鋪裝后效果

(下轉(zhuǎn)第 153 頁)

2023 年第 11 期

總第 305 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 11·2023

Vol·305

福州市既有建筑改造工程消防給水設(shè)計(jì)研究

朱飛建

(福州建功施工圖審查有限公司 福建福州 350001)

摘 要:立足福州市既有建筑實(shí)際情況和既有建筑改造設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),分析既有建筑改造工程特點(diǎn)。 同時(shí)結(jié)合各地指

導(dǎo)文件相關(guān)規(guī)定,研究探討既有建筑改造工程消防給水常見問題及設(shè)計(jì)要點(diǎn),為解決既有建筑改造工程功能要求與消

防安全供水之間的矛盾提供對(duì)策,為消防給水改造工程設(shè)計(jì)提供具體思路。

關(guān)鍵詞: 既有建筑;改造;消防給水設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào):TU991 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1004 - 6135(2023)11 - 0144 - 05

Research on Fire Protection Water Supply Design of Existing Building

Renovation Project in Fuzhou

ZHU Feijian

(Fuzhou Jiangong Construction Drawing Review Co. ,Ltd. ,Fuzhou 350001)

Abstract:Based on the actual situation of existing buildings in Fuzhou City and the practical experience of existing building renovation design,this paper analyzes the characteristics of existing building renovation projects. At the same time,combined with relevant regulations of

local guidance documents,study and discuss the common problems and design points of fire protection water supply in existing building renovation projects. This provides countermeasures to solve the contradiction between functional requirements of existing building renovation

projects and fire protection water supply,and provides specific ideas for the design of fire protection water supply renovation projects.

Keywords:Existing building; Renovation; Fire protection water supply design

作者簡介:朱飛建(1981. 12— ),男,高級(jí)工程師。

E-mail:1031106521@ qq. com

收稿日期:2023 - 04 - 15

0 引言

隨著城市發(fā)展更新,福州市需要對(duì)大量既有建筑

進(jìn)行改造利用,通過業(yè)態(tài)功能升級(jí),盤活空間、改善環(huán)

境、提升建筑品質(zhì),以滿足社會(huì)生活需求,促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)

展。 為此,既有建筑的改造,正逐漸成為城市建設(shè)更

新的重要手段。

由于歷史發(fā)展階段的原因,許多既有建筑存在著

消防安全隱患多、改造執(zhí)行現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)難等問題。 為解

這些難點(diǎn),國內(nèi)各地根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范內(nèi)容,結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)

際改造經(jīng)驗(yàn),先后出臺(tái)相應(yīng)的細(xì)則、要點(diǎn)、指南、導(dǎo)則

等文件,如《重慶市建筑內(nèi)部裝修工程施工圖消防設(shè)

計(jì)文件技術(shù)審查要點(diǎn)》 (征求意見稿) 、《上海市建筑

裝飾裝修工程施工圖設(shè)計(jì)文件審查工作細(xì)則》 《南京

市既有建筑改造消防設(shè)計(jì)審查工作指南》 《北京市既

有建筑改造工程消防設(shè)計(jì)指南》 (2023 年版)、《合肥

市既有建筑改造消防設(shè)計(jì)及審查指南》 (試行)等,用

于指導(dǎo)既有建筑改造工程的設(shè)計(jì)、審查、驗(yàn)收和管理。

福州市及鼓樓區(qū)作為全國既有建筑消防審查試

點(diǎn)市縣,福州市相關(guān)部門先后出臺(tái)了《關(guān)于福州市空

置房產(chǎn)改造為公共服務(wù)設(shè)施的實(shí)施意見》 (試行)、

《福州市既有建筑使用功能正負(fù)面清單》 (試行);鼓

樓區(qū)相關(guān)部門也發(fā)布了《福州市鼓樓區(qū)既有建筑改造

防火設(shè)計(jì)導(dǎo)則》(試行)等相關(guān)指導(dǎo)性文件,為地方的

既有建筑改造提供了依據(jù)。 但由于既有建筑與新建

建筑有很大不同,其改造具有特殊性,且數(shù)量較多、功

能繁雜。 因此,如何科學(xué)設(shè)計(jì),在既確保改造后建筑

消防供水的安全性和可靠性的基礎(chǔ)上,又能滿足改造

的經(jīng)濟(jì)性和合理性,仍存在不少亟待解決的問題。 下

面,從既有建筑改造工程特點(diǎn)入手,對(duì)既有建筑改造

的消防給水設(shè)計(jì)要點(diǎn)、常見問題進(jìn)行分析研究,提出

相應(yīng)技術(shù)措施。

1 既有建筑消防改造工程特點(diǎn)

既有建筑,指已取得房屋所有權(quán)或者使用權(quán)且交

付使用的合法房屋建筑。 既有建筑改造形式通常分

2023 年 11 期 總第 305 期 朱飛建·福州市既有建筑改造工程消防給水設(shè)計(jì)研究 ·145·

為整體改造、局部改造和內(nèi)部裝修改造。 研究和掌握

既有建筑的特點(diǎn),可為后續(xù)既有建筑改造開展奠定基

礎(chǔ)。 通過對(duì)福州市既有建筑消防改造工程分析,總結(jié)

出如下特點(diǎn):

(1)存在消防安全隱患。 由于許多既有建筑建

設(shè)時(shí)間較久,當(dāng)時(shí)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)水平低以及建筑技

術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求相對(duì)較低、不完善等歷史原因,管理不善,

年久失修,設(shè)施老化,部分既有建筑的消防功能不全,

存在較多消防安全隱患[1]

。

(2)原始設(shè)計(jì)、竣工資料缺失。 部分既有建筑由

于建造年代較久,建成時(shí)手續(xù)不全,原始資料缺失,缺

少規(guī)劃報(bào)批、審查和竣工驗(yàn)收資料,部分工程圖紙缺

失,僅有產(chǎn)權(quán)證明。

(3)功能改變,執(zhí)行現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)難。 既有建筑改造

工程,許多涉及到使用功能、承重結(jié)構(gòu)、防火分區(qū)、疏

散設(shè)施變更,其中不少變更為營業(yè)性、人員密集場所,

存在用火用電負(fù)荷多等。 改造后,火災(zāi)因素增加,裝

修格局的改變,檔次的提升,導(dǎo)致消防技術(shù)方面的要

求提升。 但由于受現(xiàn)狀客觀條件的限制,消防水池、

消防水箱等不在改造范圍內(nèi)的既有建筑改造工程,執(zhí)

行現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較難。

(4)改造對(duì)整棟建筑乃至周邊環(huán)境和城市規(guī)劃

產(chǎn)生影響。 改造工程類型同福州市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展密

切相關(guān),以小型場所或局部改造居多。 通過對(duì)近幾年

改造工程的不完全統(tǒng)計(jì),改造項(xiàng)目類型,主要以教育

培訓(xùn)、歌舞娛樂、餐飲酒店、商業(yè)購物等小型場所為

主,大部分為 2014 年以前竣工投入使用的建筑。 這

類場所分布點(diǎn)多量大,人員密度高,可燃物多,管理不

到位,火災(zāi)隱患較大。 改造過程中,其它未改造區(qū)域

仍正常使用,因此,改造容易影響建筑整體使用,影響

相關(guān)利害關(guān)系人合法權(quán)益。 部分工程改造后的使用

功能與原功能不一致,引起整棟建筑性質(zhì)的變化,影

響公共安全和生態(tài)環(huán)境。

2 既有建筑改造消防給水設(shè)計(jì)要點(diǎn)

既有建筑改造利用的對(duì)象是既有建筑,設(shè)計(jì)也應(yīng)

從既有建筑客觀實(shí)際情況出發(fā),調(diào)查研究,分析評(píng)估,

聚焦消防整體安全,根據(jù)改造形式、既有建筑特點(diǎn)和

改造目標(biāo)確定設(shè)計(jì)方案。 為此,需要對(duì)既有建筑改造

工程設(shè)計(jì)難點(diǎn)、要點(diǎn)進(jìn)行分析歸納。

2. 1 基礎(chǔ)資料的收集和調(diào)查研究

目前,既有建筑改造工程設(shè)計(jì),尤其局部改造和

裝修改造工程,普遍存在設(shè)計(jì)前缺乏調(diào)查研究和設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)資料的收集。 由于設(shè)計(jì)方案需依據(jù)調(diào)研實(shí)踐為

基礎(chǔ),因此,這是既有建筑改造工程消防給水設(shè)計(jì)重

要的工作之一。

(1)現(xiàn)場調(diào)研,收集基礎(chǔ)資料。 調(diào)查是否為合法

建筑、是否屬于危房和違建建筑;調(diào)查周邊室內(nèi)外消

防狀況和消防設(shè)施配置情況,消防設(shè)施是否可以正常

運(yùn)行。 部分既有建筑經(jīng)多次改造,實(shí)際現(xiàn)狀使用功能

與規(guī)劃審批時(shí)的使用功能是否不一致[2]

。 收集相關(guān)

資料,若無法得到設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料,應(yīng)現(xiàn)場實(shí)測消防設(shè)

施基本運(yùn)行參數(shù)。

(2)改造工程應(yīng)進(jìn)行消防技術(shù)可行性評(píng)估。 功

能改變的既有建筑改造在項(xiàng)目決策實(shí)施前,應(yīng)開展消

防安全評(píng)估[3]

。 經(jīng)消防安全評(píng)估不具備消防設(shè)施改

造條件的,不宜開展后續(xù)設(shè)計(jì)及改造工作。 不少既有

建筑改造工程使用功能變更,規(guī)劃已批復(fù),開展消防

設(shè)計(jì)時(shí),卻發(fā)現(xiàn)消防水池、消防水箱無法滿足現(xiàn)行規(guī)

范的要求,因此應(yīng)當(dāng)遵循先評(píng)估后改造的原則。

2. 2 明確消防設(shè)計(jì)技術(shù)依據(jù)

新舊消防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)適用問題,一直是既有建筑改

造工程消防給水設(shè)計(jì)的主要矛盾,也是最大的難點(diǎn)和

堵點(diǎn)。 特別是 2014 年以來,修訂和增加的規(guī)范比較

多,其中國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》 (GB 50016—

2014)(2018 年版)、《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)

范》(GB 50974—2014) 等規(guī)范新增和修訂了若干內(nèi)

容。 對(duì)于改造工程,目前的技術(shù)依據(jù),僅有國家標(biāo)準(zhǔn)

《既有建筑加固改造通用規(guī)范》 (GB 50014—2021)和

《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計(jì)防火規(guī)范》 (GB 50222—2017),

以及各地發(fā)布的法律法規(guī)及消防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),缺少專門

針對(duì)既有建筑改造工程的依據(jù)和指導(dǎo)。 既有建筑改

造工程非新建工程,有自己的特點(diǎn)規(guī)律,其和新建建

筑工程的設(shè)計(jì)差異是必然、客觀的存在,因此,執(zhí)行現(xiàn)

行規(guī)范有一定難度。 既有建筑改造工程也并非原有

建筑的重大變更,僅執(zhí)行原有規(guī)范,難于滿足當(dāng)前消

防安全需求。 針對(duì)這些情況,目前國內(nèi)各地開展既有

建筑改造工程專項(xiàng)研究,出臺(tái)了相應(yīng)的指南等文件,

作為既有建筑改造工程的設(shè)計(jì)依據(jù)。 福州市項(xiàng)目設(shè)

計(jì),可參考《福州市鼓樓區(qū)既有建筑改造防火設(shè)計(jì)導(dǎo)

則》(試行)。

2. 2. 1 功能改變的認(rèn)定

不同的建筑其功能和用途存在差異,業(yè)態(tài)也多種

多樣。 部分既有建筑建造前的功能若發(fā)生改變,需要

進(jìn)行功能的認(rèn)定。 為此,各地出臺(tái)了互換清單,免報(bào)

審清單,福州市有《福州市既有建筑使用功能正負(fù)面

清單》(試行)、鼓樓區(qū)具體可參照《福州市鼓樓區(qū)既

有建筑改造防火設(shè)計(jì)導(dǎo)則》 (試行)。 具體應(yīng)結(jié)合規(guī)

·146· 福 建 建 筑 2023 年

劃功能、用途、火災(zāi)危險(xiǎn)性進(jìn)一步綜合判斷。 消防上,

應(yīng)以火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)是否增加來判定是否必須執(zhí)行現(xiàn)行

規(guī)范。

2. 2. 2 功能不變的改造技術(shù)依據(jù)

國家標(biāo)準(zhǔn)《既有建筑鑒定與加固通用規(guī)范》 (GB

55021—2021)規(guī)定:“對(duì)于既有建筑改造項(xiàng)目(指不

改變現(xiàn)有使用功能),當(dāng)條件不具備、執(zhí)行現(xiàn)行規(guī)范確

有困難時(shí),應(yīng)不低于原建造時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)”

[4]

。 住建部辦

公廳《關(guān)于做好建設(shè)工程消防設(shè)計(jì)審查驗(yàn)收工作的通

知》指出,既有建筑改造利用不改變使用功能、不增加

建筑面積的,宜執(zhí)行現(xiàn)行國家工程建設(shè)消防技術(shù)標(biāo)

準(zhǔn),不得低于原建筑物建成時(shí)的消防安全水平。 上述

原建造時(shí)的標(biāo)準(zhǔn),是指既有建筑原設(shè)計(jì)時(shí)所依據(jù)的設(shè)

計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。 由于部分既有建筑的建造時(shí)間較早,有些甚

至是 20 世紀(jì) 70 年代的房子,當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)很

難確認(rèn),有些甚至是在消防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚未完善的情況

下建設(shè)而成。 部分既有建筑經(jīng)過多次改造,最近一次

改造執(zhí)行當(dāng)時(shí)改造時(shí)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),且已消防驗(yàn)收合

格。 如果簡單規(guī)定既有建筑改造依據(jù)原建造時(shí)的消

防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),需要花費(fèi)大量的工作來查找當(dāng)年的依

據(jù),無疑會(huì)增加工作難度。 若上一次改造已執(zhí)行新一

版標(biāo)準(zhǔn)并已驗(yàn)收合格,再執(zhí)行原建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),也不

符合客觀實(shí)際情況。 2002 年以前未經(jīng)施工圖審查的

既有建筑改造,若不具備執(zhí)行現(xiàn)行規(guī)范條件,應(yīng)以不

低于原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)且不降低建筑原有防火性能為底線。

功能不變的整體改造工程,應(yīng)全部按現(xiàn)行規(guī)范執(zhí)行,

局部改造工程改造區(qū)域應(yīng)按現(xiàn)行規(guī)范執(zhí)行。

2. 2. 3 功能改變的改造技術(shù)依據(jù)

按照國家標(biāo)準(zhǔn)《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)

范》(GB 50974—2014)第1. 0. 2 條解釋,功能改變,屬

于改建建設(shè)工程,應(yīng)按新規(guī)范執(zhí)行[5]

。 但是功能變更

有兩種,一種是增加了火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn),需要提升消防措施。

第二種并未增加火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn),建筑防火上可認(rèn)為功能改

變,但無需提升消防措施。

雖然防止大拆大建是當(dāng)前形勢下城市更新的原

則,也是既有建筑改造的重要前提。 但消防安全底

線,是任何時(shí)候都應(yīng)堅(jiān)守的,因此兩者應(yīng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

功能改變,當(dāng)客觀條件限制,執(zhí)行現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)具有一定

難度時(shí),應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r,普遍性與特殊性結(jié)合,根據(jù)

具體條件,將現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中部分條文要求進(jìn)行適度放

寬,但應(yīng)以不低于建筑原有防火性能為底線。 目前普

遍的解決措施有:

(1)具體工程具體分析,開展專家論證,但是無

疑工作量太大。 所以,各地陸續(xù)對(duì)改造過程中的普遍

性問題展開課題研究,出臺(tái)指導(dǎo)意見,用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)

實(shí)踐。 大部分工程執(zhí)行指導(dǎo)意見,少數(shù)指導(dǎo)意見無法

解決的工程,通過專家論證來解決。

(2)引入性能化設(shè)計(jì)的理念,通過補(bǔ)償方式,整

體性地保證既有建筑改造后的防火性能。 性能化設(shè)

計(jì)理念具有客觀性、實(shí)踐性和系統(tǒng)性,主要用于不適

應(yīng)現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的工程。

2. 3 消防給水設(shè)計(jì)對(duì)策和性能補(bǔ)償措施

福州市相關(guān)部門目前暫未出臺(tái)指導(dǎo)意見,結(jié)合各

地指導(dǎo)文件相關(guān)措施,功能改變,消防給水設(shè)計(jì)執(zhí)行

現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)有難度時(shí),可采用執(zhí)行現(xiàn)行規(guī)范與消防性能

補(bǔ)償措施相結(jié)合的技術(shù)措施。

2. 3. 1 基本設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化措施

現(xiàn)行消防設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),系根據(jù)相關(guān)規(guī)范設(shè)計(jì)參數(shù)和

我國近年火災(zāi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),考慮到可燃物多火災(zāi)荷載

大,實(shí)戰(zhàn)滅火用水量較大,適當(dāng)加大了商店等場所的

室內(nèi)消火栓設(shè)計(jì)流量。 總體上,消防用水量隨著社會(huì)

經(jīng)濟(jì)業(yè)態(tài)發(fā)展過程而變化,同一種功能建筑的室外消

防用水量現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn),較原標(biāo)準(zhǔn)增加 5 ~ 10 L / S。

當(dāng)增加水池容積有困難時(shí),可依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《消

防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》 (GB 50974—2014)

第 3. 5. 3、6. 1. 5 條折減室內(nèi)外消防用水量。 當(dāng)與相

鄰建筑簽訂共用消防水池協(xié)議,可折減室外消防用水

量。 優(yōu)化噴淋管道布置,采用噴頭間距沿水流方向漸

小布置,末端管徑放大,小阻力配管,使水力條件達(dá)到

最優(yōu),可減少自動(dòng)滅火系統(tǒng),流量或自動(dòng)噴水滅火系

統(tǒng)改為自動(dòng)跟蹤定位射流滅火系統(tǒng),可減少自動(dòng)滅火

系統(tǒng)流量約 15 L / S

[6]

。

2. 3. 2 消防水源設(shè)計(jì)優(yōu)化措施

建筑原有消防水池有效水位的計(jì)算方法,可執(zhí)行

建成時(shí)的消防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 泵房水池水箱不在設(shè)計(jì)范

圍內(nèi),且無法改造,基于避免大拆大建考慮,建議采用

“老人老辦法,新人新規(guī)矩”。 只按現(xiàn)行規(guī)范改造本

次設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的內(nèi)容,水池水箱等不具備改造條件,

可以參考《北京市既有建筑改造工程消防設(shè)計(jì)指南》

(2023 年版)解決思路,采取合理的技術(shù)措施和加強(qiáng)

使用管理等方面進(jìn)行消防性能補(bǔ)償。 已建消防水池

擴(kuò)容補(bǔ)償措施有:

(1)擴(kuò)大池體面積

通常情況下,直接在已建消防水池上擴(kuò)容面積較

為困難,可以通過在一層或者室外埋地增設(shè)一體化消

防水池,通過連通管連接已建消防水池的方式,增加

消防水池貯水容積,如圖 1 所示。 施工周期短,整體

造價(jià)低。 若需增加消防水量僅為幾十立方,也可以考

2023 年 11 期 總第 305 期 朱飛建·福州市既有建筑改造工程消防給水設(shè)計(jì)研究 ·147·

慮利用附近生活水池貯水給消防水池加壓補(bǔ)水,作為

消防水池水量的補(bǔ)充。

圖 1 增設(shè)消防水池簡圖

(2)增加有效水深

在結(jié)構(gòu)條件和水池頂板上空空間高度允許的前

提下,將原有水池人孔抬高可提高消防水池最高水

位,吸水喇叭口改為設(shè)防止旋流器,可降低消防水池

最低有效水位 0. 4 m 左右。

(3)調(diào)整消防水池貯水用途

室內(nèi)外合用消防水池改為僅貯存室內(nèi)消防用水,

室外消防水池異地另行再設(shè),可增加室內(nèi)消防水池貯

水量,改造相對(duì)可行。

(4)第三供水水源補(bǔ)水。 福州地區(qū)室外普遍設(shè)

有市政給水管網(wǎng)供水,室外消火栓系統(tǒng)和室外消防水

池兩套供水系統(tǒng)。 室外水泵接合器作為第三供水水

源,若其配置數(shù)量滿足室內(nèi)消防用水量供給需求,且

消防車可迅速到達(dá),可以考慮不足水量由消防車從市

政給水管網(wǎng)供水,室外消火栓吸水,加壓至水泵接合

器,向室內(nèi)消火栓系統(tǒng)供水。

(5)消防用水適當(dāng)放寬

①室外采用兩路市政供水,可不設(shè)室外消防水

池。 改造項(xiàng)目根據(jù)既有建筑客觀條件,適當(dāng)放寬兩路

供水的認(rèn)定條件。 ②消防用水超過 500 m

3且已分為

兩格,不足水量可考慮滿足要求的備用水源(雨水清

水池、中水清水池、水景和游泳池) 作為室外消防水

源。 福州市區(qū)內(nèi)河發(fā)達(dá),可充分利用河水作為消防水

源,建設(shè)取水碼頭和取水栓。 圖 2 為蘇州同里內(nèi)河取

水栓、福州陸莊河畔某社區(qū)簡易消防泵房。 ③改造工

程在相鄰建筑消防水池取水口保護(hù)范圍內(nèi),有管網(wǎng)引

入條件,相鄰建筑消防水池可作為備用,可與相鄰建

筑簽訂共用消防水池協(xié)議,共用消防供水系統(tǒng)。 如某

幼兒園裝修改造需新增 150 m

3室外消防水池,條件受

限無法新建,現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)該幼兒園位于鄰近中學(xué)消

防取水口 150 m 保護(hù)范圍內(nèi),經(jīng)協(xié)商簽訂共用協(xié)議,

共用中學(xué)室外消防系統(tǒng)。

(6)兩路供水減少貯水量

當(dāng)原建筑設(shè)計(jì)無消防水池和泵房,新建有困難,

消防供水具備兩路供水且火災(zāi)情況下可連續(xù)補(bǔ)水,可

依據(jù) 《 消 防 給 水 及 消 火 栓 系 統(tǒng) 技 術(shù) 規(guī) 范》 ( GB

50974—2014)第 4. 3. 4、4. 3. 5 條,設(shè)置消防水池。

圖 2 河水取水圖

(7)加強(qiáng)管理并采其它措施進(jìn)行消防性能補(bǔ)償

消防安全重在防,水量不足,可通過加強(qiáng)維護(hù)管

理,建設(shè)智慧消防管理平臺(tái),微型消防站,配備人員和

器材,強(qiáng)化消防安全檢查和演練。 采取科學(xué)合理的技

術(shù)措施,推廣應(yīng)用現(xiàn)代化、智能化技術(shù)。 比如部分消

防設(shè)施先天不足,可通過增配滅火器,增設(shè)簡易噴淋,

選用可以替代水的泡沫滅火劑,選用開花、噴霧射流

形式的消火栓等進(jìn)行消防性能補(bǔ)償,提升整體安全,

防范風(fēng)險(xiǎn)。

2. 3. 3 供水設(shè)施設(shè)計(jì)優(yōu)化措施

供水設(shè)施改造主要涉及消防水泵、消防水箱和水

泵接合器等。 功能變更的局部改造,消防水泵、消防

水箱,水泵結(jié)合器若在改造范圍內(nèi),應(yīng)按現(xiàn)行消防技

術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 若水箱高度受限,可配置穩(wěn)壓設(shè)施。

(1)原有消防水泵工況能滿足改造后流量和揚(yáng)

程的,消防水泵在加強(qiáng)維護(hù)保養(yǎng)后,可以采用原有水

泵。 若用水量增加,揚(yáng)程增大,不滿足系統(tǒng)配置要求,

則應(yīng)換泵。 例如商店建筑,現(xiàn)行規(guī)范室內(nèi)用水量增加

5 ~ 20L / S,應(yīng)考慮重新選泵。

·148· 福 建 建 筑 2023 年

(2)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中,高位消防水箱儲(chǔ)水容積有所提

高。 功能改變的既有建筑改造工程,面臨消防水箱擴(kuò)

容的問題。 目前可增加水箱儲(chǔ)水容積的措施有:①若

原消防水箱為混凝土材質(zhì),通常貯水重量和混凝土水

箱自重比為 1∶ 1,原混凝土水箱可改為不銹鋼水箱,

通過以混凝土水箱自重重量置換貯水體積。 ②結(jié)構(gòu)

條件允許的情況下,在屋面同一高度的其他地方新增

不銹鋼水箱,兩個(gè)消防水箱設(shè)聯(lián)通管,連通達(dá)到增加

儲(chǔ)水容積。 ③早期既有建筑屋面設(shè)有消防生活共用

供水水箱,生活供水可在底層新設(shè)生活水箱,改為變

頻供水,將屋面共用水箱改為消防水箱。 某多層綜合

樓改造,原建筑未設(shè)室內(nèi)消防系統(tǒng),改造后功能變更,

需增設(shè)室內(nèi)消火栓系統(tǒng)和屋面消防水箱,利用屋面原

20 t 生活水箱改造為 18 t 消防水箱。 ④可采取結(jié)構(gòu)

補(bǔ)強(qiáng)的措施,通過對(duì)原消防水箱周邊梁板的加固,滿

足改造的水箱擴(kuò)容達(dá)荷載要求,擴(kuò)大水箱容積。

3 設(shè)計(jì)常見問題及解決辦法

從目前既有建筑改造工程施工圖審查情況來看,

既有建筑改造工程圖紙質(zhì)量尚存在下列問題:

(1)設(shè)計(jì)與原建筑情況不符

改造工程未以原建筑設(shè)計(jì)和現(xiàn)場實(shí)際情況為設(shè)

計(jì)依據(jù),而是當(dāng)做新建工程設(shè)計(jì),系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)與現(xiàn)

場實(shí)際情況嚴(yán)重不符。 設(shè)計(jì)前應(yīng)現(xiàn)場調(diào)研,收集基礎(chǔ)

資料,以既有建筑實(shí)際情況為設(shè)計(jì)依據(jù)。

(2)設(shè)計(jì)深度不足、設(shè)計(jì)措施不到位

設(shè)計(jì)說明缺工程概況、設(shè)計(jì)范圍、原消防系統(tǒng)設(shè)

計(jì)參數(shù)等。 設(shè)計(jì)內(nèi)容與原建筑設(shè)計(jì)銜接關(guān)系未交待,

規(guī)范適用版本錯(cuò)誤。 圖紙不全,缺消防系統(tǒng)圖紙、缺

圖例圖示、部分系統(tǒng)預(yù)留二次裝修等,改造階段不應(yīng)

有詳二次設(shè)計(jì)的內(nèi)容,除有特殊要求外,委托廠家設(shè)

計(jì),不得指定生產(chǎn)廠、供應(yīng)商。 功能變更涉及到消防

水池、水泵房、水箱、室外消火栓、水泵結(jié)合器未納入

改造范圍,未進(jìn)行修改。 改造工程設(shè)計(jì)不同于原建筑

設(shè)計(jì),當(dāng)前較多存在套用原建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),復(fù)制、引用

原建筑設(shè)計(jì)圖紙等問題,設(shè)計(jì)技術(shù)措施應(yīng)按改造實(shí)施

要求表達(dá)到位。 部分工程設(shè)計(jì)大量內(nèi)容未表示,僅詳

原建筑設(shè)計(jì),原建筑設(shè)計(jì)和裝修工程并非一家單位,

應(yīng)交代清楚,特別是消火栓和滅火器系統(tǒng)。 若確實(shí)都

未改變,應(yīng)明確交待,系統(tǒng)可不表示,但消火栓和滅火

器位置也應(yīng)體現(xiàn)在平面圖上,便于復(fù)核確認(rèn)。 噴淋平

面圖應(yīng)套吊頂天花圖,明確吊頂內(nèi)凈空高度,注明格

柵吊頂情況(通透比例、噴頭布置、噴水強(qiáng)度),噴頭

與風(fēng)口、探頭、燈具等安裝距離應(yīng)說明,中危險(xiǎn)Ⅱ級(jí)以

上不應(yīng)選用隱蔽式(吊頂型) 噴頭。 消火栓箱體嵌

墻,管道穿樓板、隔墻等應(yīng)有防火措施。 梳理總結(jié)各

類既有建筑改造工程消防給水設(shè)計(jì)要點(diǎn),開展設(shè)計(jì)標(biāo)

準(zhǔn)化工作,統(tǒng)一設(shè)計(jì)深度和設(shè)計(jì)措施,是解決上述問

題,提高設(shè)計(jì)質(zhì)量的有效辦法。

(3)未處理好局部與整體的關(guān)系

建筑局部改造不得影響非改造部分的消防安全。

部分改造工程設(shè)計(jì)僅考慮本層,未考慮局部改造,影

響整棟大樓消防安全;僅考慮室內(nèi),未考慮室外;僅進(jìn)

行末端消防設(shè)施調(diào)整,未考慮上下層以及整體系統(tǒng)

(水池、水泵、水箱)改變對(duì)建筑消防安全的影響。 屋

面增加消防水箱和消防穩(wěn)壓設(shè)備應(yīng)復(fù)核結(jié)構(gòu)荷載。

噴頭布置調(diào)整,應(yīng)復(fù)核報(bào)警閥控制噴頭是否超過 800

個(gè),末端試水位置是否需要調(diào)整。 部分工程商業(yè)網(wǎng)點(diǎn)

打通,面積超過 300 m

2

,變?yōu)榻M合建筑,影響建筑性

質(zhì)。 噴淋危險(xiǎn)等級(jí)不但要考慮本次設(shè)計(jì),還要考慮改

造后,建筑整體噴淋危險(xiǎn)等級(jí)的改變。 消防給水是一

個(gè)系統(tǒng),局部改造應(yīng)復(fù)核對(duì)上下游系統(tǒng)的影響,保證

整體建筑安全。

4 結(jié)語

既有建筑改造工程消防給水設(shè)計(jì)的難點(diǎn),在于滿

足現(xiàn)行規(guī)范。 通過分析既有建筑改造工程特點(diǎn),總結(jié)

實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn),結(jié)合理論依據(jù)和城市更新原則,以確

保不降低原建筑消防安全水平為原則,抓住安全性和

經(jīng)濟(jì)性的主要矛盾,提出先調(diào)查研究,再明確技術(shù)依

據(jù),最后根據(jù)改造工程實(shí)際情況,選擇執(zhí)行現(xiàn)行規(guī)范

與消防性能補(bǔ)償措施相結(jié)合的總體設(shè)計(jì)思路。 既有

建筑改造工程消防給水設(shè)計(jì)應(yīng)從客觀情況出發(fā),鼓勵(lì)

改善、提升,充分利用新技術(shù)、新設(shè)備,加強(qiáng)消防性能

補(bǔ)償,統(tǒng)籌考慮安全性和經(jīng)濟(jì)性,確保既有建筑改造

工程整體消防安全。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 鐘學(xué)群. 鳳凰涅磐———鳳凰劇院改造側(cè)記[ J]. 福建建

筑,2013(04):28 - 32.

[2] 張榮良. 既有建筑裝修改造工程消防設(shè)計(jì)審驗(yàn)工作存在

問題淺析[J]. 福建建設(shè)科技,2022(06):118 - 120.

[3] 黃曉瓊. 既有建筑改造的可行性綜合評(píng)估方法應(yīng)用研究

[J]. 福建建筑,2023(05):143 - 146.

[4] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 既有建筑鑒定與加

固通用規(guī)范:GB 55021—2021[ S]. 北京:中國計(jì)劃出版

社,2021.

[5] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部,中華人民共和國

國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. 消防給水及消火栓系統(tǒng)

技術(shù)規(guī)范:GB 50974—2014 [ S]. 北京:中國計(jì)劃出版

社,2014.

[6] 萬明亮,周甦. 既有建筑改造消防水系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討[ J].

給水排水,2021,57(S1):313 - 315.

2023 年第 11 期

總第 305 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 11·2023

Vol·305

細(xì)水霧滅火系統(tǒng)實(shí)踐探究

陳超生

(福建省建筑設(shè)計(jì)研究院 福建福州 350001)

摘 要:細(xì)水霧滅火系統(tǒng),是用水作為滅火劑,在較高壓力作用下,由細(xì)水霧噴頭噴出細(xì)水霧,進(jìn)行滅火或控火的自動(dòng)

滅火設(shè)施。 它可以替代潔凈氣體滅火系統(tǒng)所能應(yīng)用的部分場所,又因?yàn)橛盟啃?還可以替代傳統(tǒng)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)

中對(duì)水量、水漬損失等有要求的場所。 為此,結(jié)合具體工程實(shí)例,對(duì)細(xì)水霧系統(tǒng)在實(shí)際工程應(yīng)用中的設(shè)計(jì)思路與設(shè)計(jì)

要點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)分析探索,供同行參考。

關(guān)鍵詞: 細(xì)水霧滅火系統(tǒng);氣體滅火系統(tǒng);數(shù)據(jù)機(jī)房;檔案庫房

中圖分類號(hào):TU998. 1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1004 - 6135(2023)11 - 0149 - 05

Research on the Practical of Fine Water Mist Fire Extinguishing System

CHEN Chaosheng

(Fujian Provincial Institute of Architectural Design and Research Co. ,LTD. ,Fuzhou 350001)

Abstract:The fine water mist fire extinguishing system is an automatic fire extinguishing facility that uses water as the extinguishing agent

and sprays fine water mist from the fine water mist nozzle under high pressure to extinguish or control the fire. It can replace some places

where clean gas fire extinguishing systems can be applied, and because the water consumption is small, it can also replace places in traditional automatic sprinkler systems that require water volume, water loss, and other requirements. Therefore, based on specific engineering

examples, a systematic analysis and exploration of the design ideas and key points of the fine water mist system in practical engineering applications are conducted for reference by peers.

Keywords:Water mist fire extinguishing system; Gas fire extinguishing system; Data room; Archives warehouse

作者簡介:陳超生(1989— ),男,工程師。

E-mail:447679674@ qq. com

收稿日期:2023 - 03 - 07

0 引言

自 1996 年 NFPA 美國消防協(xié)會(huì)頒布了細(xì)水霧規(guī)

范( NFPA 750, STANDARD ON WATER MIST FIRE

PROTECTION SYSTEMS)以來,細(xì)水霧滅火系統(tǒng)在國

外已經(jīng)成功應(yīng)用多年。 我國于 2000 年引入細(xì)水霧滅

火技術(shù),次年中國公安部消防局發(fā)布了《關(guān)于進(jìn)一步

加強(qiáng)哈龍?zhí)娲芳捌涮娲夹g(shù)管理的通知》 (公消

〔2001〕217 號(hào)),為細(xì)水霧系統(tǒng)作為消防滅火系統(tǒng)產(chǎn)

品的使用提供了依據(jù)。 國內(nèi)經(jīng)過多年的研究與探索,

頒布了《 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》 ( GB 50898—

2013),將細(xì)水霧系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)相關(guān)內(nèi)容納入了相關(guān)

國家規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn),明確了其各項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用要

求,為建筑物內(nèi)自動(dòng)滅火系統(tǒng)設(shè)施新增了一個(gè)可靠的

形式。

1 細(xì)水霧系統(tǒng)簡介

細(xì)水霧滅火系統(tǒng)由供水裝置、過濾裝置、控制閥、

細(xì)水霧噴頭等主要組件和供水管道組成。 水在設(shè)計(jì)

工作壓力下,經(jīng)噴頭噴出,并在噴頭軸線下方 1. 0 m

處的平面上形成直徑 Dv0. 50 小于 200 μm,Dv0. 99 小于

400μm 的水霧滴,稱之為細(xì)水霧[1]

。 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)

通過吸熱冷卻、隔離熱輻射、快速窒息、沖擊乳化等,

達(dá)到滅火目的。 細(xì)水霧形成時(shí),產(chǎn)生大量的水霧滴,

水霧滴熱交換面積大、汽化速度快,能有效降低火場

溫度,有利于人員逃生與人工滅火。 同時(shí),其能形成

吸熱屏障,遮斷熱輻射的傳遞,抑制火災(zāi)蔓延。 起火

處的水霧滴汽化更加迅速,汽化后體積會(huì)迅速膨脹為

原來的 1700 多倍,使氧含量急劇減少,包圍火焰,令

其窒息。 這種火焰區(qū)域局部窒息,相對(duì)于氣體滅火的

全室窒息,對(duì)人沒有危害。 空氣中的水霧滴同時(shí)會(huì)吸

附火災(zāi)時(shí)產(chǎn)生的煙氣,讓人員逃生時(shí)不會(huì)吸入過量小

顆粒污染物,避免煙氣傷害。 根據(jù)細(xì)水霧的滅火機(jī)理

可知,產(chǎn)生的水霧滴粒徑越小,意味著更大的熱交換

·150· 福 建 建 筑 2023 年

面積和更短的汽化時(shí)間,滅火的效果也越好。 大部分

的霧滴在空中汽化,所以產(chǎn)生的水漬也很小,電氣絕

緣性好。 當(dāng)系統(tǒng)工作壓力大于等于 3. 5 MPa 時(shí),一般

稱之為高壓細(xì)水霧。 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)是一種節(jié)能減

排、綠色環(huán)保的自動(dòng)滅火設(shè)施,但它的缺點(diǎn)是初期投

資較高,對(duì)系統(tǒng)高壓管道的施工工藝水平要求高,不

適用于撲救可燃固體的深位火災(zāi)、能與水發(fā)生劇烈反

應(yīng)或產(chǎn)生大量有害物質(zhì)的活潑金屬及其化合物的火

災(zāi)、可燃?xì)怏w火災(zāi)。 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,主要應(yīng)

用在不宜用水噴淋滅火的重要區(qū)域,并在規(guī)范允許的

范圍內(nèi),根據(jù)保護(hù)對(duì)象的功能和火災(zāi)特點(diǎn),替代氣體

滅火系統(tǒng)。 以下就實(shí)際工程案例,分析探討實(shí)際工程

設(shè)計(jì)中自動(dòng)滅火系統(tǒng)的選擇與設(shè)計(jì)。

2 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目為某高校一類高層綜合樓,本樓設(shè)置了數(shù)

據(jù)存儲(chǔ)與備份中心、科研資料室、教學(xué)科研等功能。

其中高壓配電室、變電所位于一層,共 2 間;科研資料

室位于二、三層,兩層共 7 間;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與備份中心位

于四、五層,兩層共 4 間。 高壓配電室及變電所為本

樓服務(wù),科研資料室為高校檔案處存放科研資料與紙

質(zhì)檔案使用,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與備份中心為高校核心數(shù)據(jù)中

心。 根 據(jù) 國 家 標(biāo) 準(zhǔn) 《 建 筑 設(shè) 計(jì) 防 火 規(guī) 范》 ( GB

50016—2014)(2018 版) 第 8. 3. 9 條第 5 款、第 8 款

要求,A、B 級(jí)電子信息系統(tǒng)機(jī)房內(nèi)的主機(jī)房和基本工

作間的已記錄磁(紙) 介質(zhì)庫和其他特殊重要設(shè)備

室,應(yīng)設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng),并宜采用氣體滅火系統(tǒng),同

時(shí)也可采用細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。 參考國家標(biāo)準(zhǔn)《數(shù)據(jù)中

心設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50174—2017)13. 1. 2 及 13. 1. 3 條

規(guī)定,A、B、C 級(jí)數(shù)據(jù)中心的主機(jī)房宜設(shè)置氣體滅火

系統(tǒng),也可設(shè)置細(xì)水霧滅火系統(tǒng)[2]

,行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《檔案館

建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》 (JGJ 25—2010)6. 0. 6 條規(guī)定,特級(jí)、

甲級(jí)檔案館中的特藏庫和非紙質(zhì)檔案庫、服務(wù)器機(jī)

房,應(yīng)設(shè)惰性氣體滅火系統(tǒng)。 特級(jí)、甲級(jí)檔案館中的

其他檔案庫房、檔案業(yè)務(wù)用房和技術(shù)用房,乙級(jí)檔案

館中的檔案庫房可采用潔凈氣體滅火系統(tǒng)或細(xì)水霧

滅火系統(tǒng)[3]

。 因此,本工程計(jì)劃在高壓配電室、變電

所、科研資料室、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與備份中心等區(qū)域,分別設(shè)

置氣體滅火系統(tǒng)或細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。

3 自動(dòng)滅火系統(tǒng)的選用

氣體滅火系統(tǒng)作為常用的自動(dòng)滅火方式,廣泛應(yīng)

用于此類場所中,主要包括 IG541 和七氟丙烷氣體滅

火系統(tǒng)。 氣體滅火的優(yōu)點(diǎn)是,釋放后,會(huì)在大氣中完

全汽化,不會(huì)在物體表面留痕,同時(shí)不具導(dǎo)電性,在滅

火時(shí)不會(huì)損壞電子、紙質(zhì)文檔、精密設(shè)備等貴重物品。

其缺點(diǎn),氣體在超過一定濃度后會(huì)對(duì)人產(chǎn)生傷害,滅

火時(shí)不能抑制煙塵對(duì)滅火對(duì)象的損害。 而且氣體滅

火系統(tǒng)在使用一定年限后,就需要更換藥劑、檢測鋼

瓶,后期維護(hù)費(fèi)用較高。 其中七氟丙烷屬于溫室氣

體,目前在發(fā)達(dá)國家已經(jīng)慢慢開始限制使用[5]

;而

IG541 氣體滅火系統(tǒng)因?yàn)橄到y(tǒng)要求壓力等級(jí)高,所以

系統(tǒng)造價(jià)昂貴。 同時(shí),因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)滅火濃度較高,所

以,保護(hù)相同體積的防護(hù)區(qū)時(shí)需要的藥劑、儲(chǔ)瓶數(shù)量

也多,通常需要用比較大的面積存放鋼瓶。 通過走訪

考察設(shè)置高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的同類型建筑,目前的

運(yùn)維情況良好。 考慮到保護(hù)場所的使用面積緊張、高

校后勤人員對(duì)消防專業(yè)知識(shí)方面認(rèn)識(shí)的不足,及學(xué)校

后勤維保費(fèi)用十分有限的情況,本工程上述場所考慮

在一次建設(shè)投資允許的情況下,采用高壓細(xì)水霧滅火

系統(tǒng)。

4 確定細(xì)水霧系統(tǒng)類型

細(xì)水霧系統(tǒng)按照流動(dòng)介質(zhì)類型來分,分為單流體

介質(zhì)系統(tǒng)和雙流體介質(zhì)系統(tǒng);按供水方式來分,分為

泵組系統(tǒng)與瓶組系統(tǒng);按照動(dòng)作方式來分,分為開式

系統(tǒng)與閉式系統(tǒng);按照應(yīng)用方式分,可分為局部應(yīng)用

系統(tǒng)和全淹沒應(yīng)用系統(tǒng)[4]

。 實(shí)際工程中,細(xì)水霧滅火

系統(tǒng)是上述幾種分類的組合。 雙流體細(xì)水霧滅火裝

置是向細(xì)水霧噴頭分別供給給水和霧化介質(zhì)(比如:

空氣)的細(xì)水霧裝置,目前極少使用,單流體細(xì)水霧滅

火裝置是目前主流形式。 由于瓶組式細(xì)水霧滅火裝

置只能應(yīng)用于開式系統(tǒng),單個(gè)防護(hù)區(qū)保護(hù)體積很小

(不超過 260 m

3

)。 鑒于樓內(nèi)的防護(hù)區(qū)數(shù)量多,體積

大,所以考慮使用泵組系統(tǒng)。 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《細(xì)水霧

滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》第 3. 4. 3 條規(guī)定,閉式系統(tǒng)的作

用面積不宜小于 140 m

2

;每套泵組所帶噴頭數(shù)量不應(yīng)

超過 100 只[1]

。 在工作壓力不小于 10 MPa 的情況

下,100 只噴頭,實(shí)際最多只能保護(hù) 900 m

2 的面積。

當(dāng)超出此面積則要設(shè)置多套泵組系統(tǒng),不僅占用大量

面積,也極大增加了建設(shè)成本。 所以,100 只噴頭的

規(guī)定嚴(yán)重限制了閉式系統(tǒng)在實(shí)際工程中的應(yīng)用,此條

文的限制條件頗有爭議。 雖然在后續(xù)的討論中,部分

專家給出“閉式細(xì)水霧滅火系統(tǒng)一個(gè)分區(qū)控制閥控制

的噴頭數(shù)宜為 100 只,每根配水干管(豎管)所保護(hù)的

總面積不宜超過 5000 m

2

(或 500 只噴頭),一套泵組

的保護(hù)范圍不宜大于 10 000 m

2或保護(hù)噴頭數(shù)量不超

過 1000 只”的建議[6]

。 但是考慮到濕式管道在被保

2023 年 11 期 總第 305 期 陳超生·細(xì)水霧滅火系統(tǒng)實(shí)踐探究 ·151·

護(hù)場所有滲漏的風(fēng)險(xiǎn),而且標(biāo)準(zhǔn)中已明確其是“應(yīng)”

的條文,因此暫時(shí)不考慮運(yùn)用在本工程中。 再根據(jù)國

家標(biāo)準(zhǔn)《 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》 ( GB 50898—

2013)3. 1. 3 條規(guī)定:液壓站,配電室、電纜隧道、電纜

夾層,電子信息系統(tǒng)機(jī)房,文物庫,以及密集柜存儲(chǔ)的

圖書庫、資料庫和檔案庫,宜選擇全淹沒應(yīng)用方式的

開式系統(tǒng)[1]

。 初步確定,本工程此類場所選擇采用全

淹沒應(yīng)用方式的開式系統(tǒng)。

5 確定細(xì)水霧系統(tǒng)分區(qū)

本工程防護(hù)區(qū)域共有 13 個(gè),分別位于建筑物的 1

~ 5 層。 防護(hù)區(qū)應(yīng)按照國家標(biāo)準(zhǔn)《細(xì)水霧滅火系統(tǒng)技

術(shù)規(guī)范》第 3. 4. 5 條“采用全淹沒應(yīng)用方式的開式系

統(tǒng),其防護(hù)區(qū)數(shù)量不應(yīng)大于 3 個(gè)。 單個(gè)防護(hù)區(qū)的容積

對(duì)于泵組系統(tǒng)不宜超過 3000 m

3

,當(dāng)超過單個(gè)防護(hù)區(qū)

最大容積時(shí),宜將該防護(hù)區(qū)分成多個(gè)分區(qū)進(jìn)行保

護(hù)[1]

”的相關(guān)要求,進(jìn)行組合分配。 若按照規(guī)范執(zhí)行,

13 個(gè)分區(qū)需要配套設(shè)置5 套泵組,十分不經(jīng)濟(jì)且不合

理。 對(duì)于防護(hù)區(qū)的劃分,規(guī)范組在回函相關(guān)單位的回

復(fù)意見中給予了明確的答復(fù)。 回復(fù)函“關(guān)于細(xì)水霧滅

火系統(tǒng)防護(hù)區(qū)等問題的復(fù)函” 的主要內(nèi)容,為“防護(hù)

區(qū)是能夠滿足系統(tǒng)應(yīng)用條件的有限空間。 在房屋建

筑內(nèi),防護(hù)區(qū)一般是一個(gè)防火分區(qū)中不大于所在防火

分區(qū)的一個(gè)相對(duì)封閉的空間。 如經(jīng)濟(jì)技術(shù)等條件允

許,可以將相鄰數(shù)個(gè)設(shè)備用房作為一個(gè)防護(hù)區(qū),但一

個(gè)防護(hù)區(qū)內(nèi)的設(shè)備用房數(shù)量不宜大于 8 個(gè),并應(yīng)符合

本規(guī)范第 3. 4. 5 條的規(guī)定?！鄙鲜鲆?guī)定明確了:①防護(hù)

區(qū)不應(yīng)跨越防火分區(qū);②每個(gè)防護(hù)區(qū)內(nèi)的保護(hù)區(qū)數(shù)量

不超過 8 個(gè);③系統(tǒng)流量應(yīng)能滿足防護(hù)區(qū)流量設(shè)計(jì)要

求。 由于本工程同一樓層內(nèi)的被保護(hù)區(qū)域均位于一

個(gè)防火分區(qū)內(nèi),所以本工程以層為單位,設(shè)置 5 個(gè)防

護(hù)區(qū),配套設(shè)置兩套泵組系統(tǒng)。

當(dāng)噴頭的工作壓力達(dá)到 10 MPa 時(shí),高壓細(xì)水霧

的供水泵需要采用九柱塞高壓柱塞泵,造價(jià)較高并且

高壓管道的建設(shè)成本及技術(shù)要求也很高。 因此,噴頭

工作壓力采用 10 MPa 的高壓細(xì)水霧系統(tǒng),造價(jià)比較

昂貴。 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《細(xì)水霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》表

3. 4. 4,除電子信息系統(tǒng)機(jī)房的噴頭工作壓力必須≥

10 MPa 外,以密集柜存儲(chǔ)的資料庫、檔案庫及油浸變

壓器室等房間噴頭的工作壓力,可采用 1. 2 MPa < P

≤3. 5 MPa。 為降低建設(shè)成本,本工程除四、五層數(shù)

據(jù)存儲(chǔ)與備份中心采用噴頭工作壓力大于 10 MPa

的高壓細(xì)水霧系統(tǒng)外,其余部分采用噴頭工作壓力

1. 2 MPa < P≤3. 5 MPa 的細(xì)水霧系統(tǒng)。一 ~ 三層共用

一套泵組,最不利點(diǎn)噴頭工作壓力不低于 1. 2 MPa;四、

五層共用一套泵組,最不利點(diǎn)噴頭工作壓力不低于

10 MPa。

在 2008 版的國家標(biāo)準(zhǔn)《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)

規(guī)范》 ( GB 50174—2008) 13. 1. 2、13. 1. 3 條文解釋

中,對(duì)用于撲救電子信息設(shè)備的細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的水

霧滴直徑有具體要求:對(duì)于水漬和導(dǎo)電性敏感的電子

信息設(shè)備,應(yīng)選用平均體積直徑(Dv0. 50 )50 ~ 100μm

的細(xì)水霧,這種具有氣體的特性。 雖然條文在新版的

國家標(biāo)準(zhǔn)《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》 (GB 50174—2017)中

已刪除,但是筆者還是建議,在采用高壓細(xì)水霧保護(hù)

特別重要敏感的電子信息設(shè)備時(shí),除應(yīng)滿足規(guī)范要求

外,還可參考此條在設(shè)計(jì)參數(shù)中對(duì)細(xì)水霧滅火系統(tǒng)動(dòng)

作后水霧滴的粒徑,進(jìn)行額外要求。

6 細(xì)水霧系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡化流程及要點(diǎn)

(1)根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《細(xì)水霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》表

3. 4. 4 的要求,在防護(hù)區(qū)內(nèi)布置細(xì)水霧噴頭。 在本工程

中,變電所及資料庫噴頭的最大布置間距為 2. 5 m,數(shù)

據(jù)中心噴頭的最大布置間距為 3 m,按此要求對(duì)噴頭

進(jìn)行初步布置。 當(dāng)一個(gè)分區(qū)中包括有地板夾層、吊頂

層與工作層時(shí),雖然標(biāo)準(zhǔn)中有提出地板夾層內(nèi),宜選

用適用于低矮空間的噴頭。 但因?yàn)榇祟悋婎^在低矮

空間內(nèi)運(yùn)行時(shí),霧化效果并不好,且對(duì)系統(tǒng)造價(jià)影響

較大,所以,在與相關(guān)專業(yè)確認(rèn)地板夾層與吊頂內(nèi)敷

設(shè)的配電線路采用不燃材料套管或封閉式金屬線槽;

保護(hù)、風(fēng)管保溫材料等采用不燃、難燃材料制作,在無

其他可燃物的情況下,地板夾層與吊頂內(nèi)不另外增設(shè)

噴頭保護(hù)。

(2)根據(jù)噴頭設(shè)計(jì)流量計(jì)算公式 q = K 10P,用

單個(gè)防護(hù)區(qū)內(nèi)噴頭最大布置間距、最不利噴頭工作壓

力及系統(tǒng)最小噴霧強(qiáng)度,可計(jì)算出噴頭所需流量系

數(shù),并根據(jù)相關(guān)樣本確定本防護(hù)區(qū)噴頭 K 值。 以本工

程數(shù) 據(jù) 中 心 防 護(hù) 區(qū) 為 例, 噴 頭 最 低 工 作 壓 力 為

10 MPa,噴頭最大布置間距為 3 m,系統(tǒng)最小噴霧強(qiáng)

度 0. 7 L / min·m

2

,代入公式可得 K = 0. 63。 根據(jù)行

業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《細(xì)水霧滅火裝置》 (GA1149 - 2014)要求,細(xì)

水霧噴頭的公稱流量系數(shù)應(yīng)從 0. 3、0. 5、0. 7、0. 9、

1. 0、1. 2、1. 5、1. 7、2. 0、2. 5、3. 0、3. 5、4. 0、4. 5、5. 0、

5. 5 系列中選取。 因此,本防護(hù)區(qū)細(xì)水霧噴頭 K 值,

可初步確定為 0. 5 或 0. 7。 若 K 值取 0. 5,則要重新

復(fù)核噴頭的布置間距,以滿足系統(tǒng)最小噴霧強(qiáng)度要

求,這樣選擇會(huì)導(dǎo)致噴頭數(shù)量增加;若 K 值取 0. 7,則

應(yīng)注意,噴頭的最大布置間距也不應(yīng)超過規(guī)范限制,

·152· 福 建 建 筑 2023 年

這樣選擇會(huì)導(dǎo)致實(shí)際噴霧強(qiáng)度偏大。 設(shè)計(jì)人應(yīng)根據(jù)

防護(hù)區(qū)噴頭布置情況綜合考慮 K 值的取值大小。

(3)對(duì)防護(hù)區(qū)內(nèi)管網(wǎng)進(jìn)行水力計(jì)算,小于 DN20

的管道水損,采用達(dá)西 - 魏茨公式 Pf = 0. 2252

fL ρQ

2

d

5

計(jì)算。 以數(shù)據(jù)中心配水支管 DN15(內(nèi)徑 13. 8 mm),

噴頭 K 取 0. 7 為例,通過計(jì)算出的雷諾數(shù)(Re = 21. 22

Qρ

dμ

≈1. 1 × 10

4

)與管道相對(duì)粗糙度(Δ =

ε

d

= 0. 003)。

查表得摩阻系數(shù) f =0. 035,求得每米的 Pf =0. 0034 MPa。

對(duì)每段管道進(jìn)行計(jì)算,通過計(jì)算出每個(gè)噴頭點(diǎn)位的

供水壓力,得出其噴頭實(shí)際流量,從而進(jìn)一步計(jì)算得

出防護(hù)區(qū)系統(tǒng)設(shè)計(jì)供水壓力及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量。 為

簡化計(jì)算,配水主管宜設(shè)置為≥DN20 且流速小于

7. 6m / s 的管道,可采用海澄 - 威廉公式 Pf = 6. 05

LQ

1. 85

C

1. 85

d

4. 87

× 10

4 進(jìn)行計(jì)算。

(4)根據(jù)系統(tǒng)流量及最不利分區(qū)的供水壓力要

求,選擇高壓細(xì)水霧水泵,確定細(xì)水霧水泵的數(shù)量。

(5)細(xì)水霧系統(tǒng)的儲(chǔ)水箱設(shè)計(jì)容積,應(yīng)滿足最

大防護(hù)區(qū)的用水量與持續(xù)噴霧時(shí)間需求。 本工程為

了節(jié)省設(shè)備用房空間,考慮兩套系統(tǒng)合用一個(gè)儲(chǔ)水

水箱,儲(chǔ)水箱由市政供水,補(bǔ)水流量不應(yīng)小于系統(tǒng)設(shè)

計(jì)流量。 由于柱塞泵的 NPSH 比較小且屬于高壓

泵,為了降低氣蝕和水擊的發(fā)生概率,確保系統(tǒng)的穩(wěn)

定運(yùn)行,本工程兩套系統(tǒng)分別設(shè)置補(bǔ)水增壓泵,為各

自系統(tǒng)的集成泵組供水,為柱塞泵提供一定的入口

壓力(補(bǔ)水增壓泵參數(shù)由柱塞泵樣本確定) 。 補(bǔ)水

增壓泵采用消防電源,按一級(jí)負(fù)荷供電,保證供水

安全。

(6)兩套系統(tǒng)分別設(shè)置穩(wěn)壓泵(通常與泵組集成

設(shè)置),穩(wěn)壓泵流量不應(yīng)大于系統(tǒng)中水力最不利點(diǎn)一

只噴頭的流量,其工作壓力應(yīng)滿足工作泵的啟動(dòng)要

求。 雖然規(guī)范只要求閉式細(xì)水霧系統(tǒng)的泵組應(yīng)設(shè)置

穩(wěn)壓泵,沒有對(duì)開式細(xì)水霧滅火系統(tǒng)提出明確要求,

但是,開式細(xì)水霧滅火系統(tǒng)同樣宜設(shè)置穩(wěn)壓泵系統(tǒng)。

原因?yàn)?①穩(wěn)壓系統(tǒng)可以使分區(qū)控制閥到泵組之間的

管路保持一定的壓力,有利于監(jiān)測管路和閥門是否泄

漏;②如果沒有穩(wěn)壓系統(tǒng),所有管網(wǎng)都是處于放空狀

態(tài),水泵啟動(dòng)后,需要先排空分區(qū)控制閥到泵組之間

的管網(wǎng)空氣,空氣排放時(shí)間變長。 輸送管路較長時(shí),

更為明顯;加上高壓細(xì)水霧泵的啟動(dòng)時(shí)間較長,導(dǎo)致

很難滿足設(shè)計(jì)響應(yīng)時(shí)間不應(yīng)大于 30 s 的要求;③設(shè)置

穩(wěn)壓系統(tǒng)以后,分區(qū)控制閥到泵組之間的管路,完全

類似于閉式細(xì)水霧系統(tǒng),分區(qū)控制閥打開以后,穩(wěn)壓

泵不能維持管網(wǎng)壓力,即使沒有火災(zāi)報(bào)警聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的

啟泵指令,細(xì)水霧控制柜也可以自動(dòng)啟動(dòng)消防主泵

滅火。

(7)復(fù)核開式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)響應(yīng)時(shí)間,不應(yīng)大于

30s,確定分區(qū)閥位置(為滿足響應(yīng)時(shí)間要求,分區(qū)閥

通常就近設(shè)置在防護(hù)區(qū)門口,分區(qū)閥處的泄放試驗(yàn)閥

排水不易設(shè)置固定管道排水系統(tǒng)。 因?yàn)榧?xì)水霧滅火

系統(tǒng)試驗(yàn)水量較小,可考慮泄放試驗(yàn)閥排水時(shí),用高

壓軟管將水排至臨時(shí)水容器中,另行排放)。

最終本工程細(xì)水霧系統(tǒng)原理簡圖如圖 1 所示。

圖 1 細(xì)水霧系統(tǒng)原理簡圖

2023 年 11 期 總第 305 期 陳超生·細(xì)水霧滅火系統(tǒng)實(shí)踐探究 ·153·

7 細(xì)水霧系統(tǒng)工作原理及控制

開式系統(tǒng)工作原理:在準(zhǔn)工作狀態(tài)下,從泵組出

口至分區(qū)控制閥前的管網(wǎng)由穩(wěn)壓泵,應(yīng)維持壓力

1. 0 ~ 1. 2 MPa,分區(qū)控制閥后為空管。 當(dāng)管道壓力下

降,管道壓力低于 1. 0 MPa 時(shí),穩(wěn)壓泵啟動(dòng);當(dāng)穩(wěn)壓泵

運(yùn)行時(shí)間超過 10 s 后,管道內(nèi)壓力仍達(dá)不到 1. 0 MPa

時(shí),主泵啟動(dòng),同時(shí)穩(wěn)壓泵停止運(yùn)行(不聯(lián)動(dòng)分區(qū)控制

閥,防止因除火災(zāi)外故障導(dǎo)致的啟泵誤噴放,僅作為

主泵聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)輔助措施)。 發(fā)生火災(zāi)后,由火災(zāi)報(bào)警

系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)開啟對(duì)應(yīng)的分區(qū)控制閥和主泵,噴放細(xì)水霧

滅火;或者手動(dòng)開啟對(duì)應(yīng)的分區(qū)控制閥,同時(shí)手動(dòng)啟

動(dòng)主泵,噴放細(xì)水霧滅火。

分區(qū)控制閥箱安裝于每個(gè)防護(hù)區(qū)的進(jìn)水管處,受

消防中心控制,向消防中心反饋信息。 細(xì)水霧滅火系

統(tǒng)與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng),并有自動(dòng)、手動(dòng)和機(jī)械應(yīng)急

三種控制方式。

8 設(shè)計(jì)思路及要點(diǎn)

在細(xì)水霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,首先,應(yīng)該根據(jù)項(xiàng)目

特點(diǎn),選擇合適的細(xì)水霧滅火系統(tǒng)類型并制定合理的

系統(tǒng)分區(qū),然后是噴頭布置、噴頭選型、水力計(jì)算、泵

組選型等工作。 同一個(gè)項(xiàng)目中,可根據(jù)防護(hù)區(qū)數(shù)量、

防護(hù)區(qū)體積、防護(hù)區(qū)位置等實(shí)際情況,靈活采用多種

細(xì)水霧滅火系統(tǒng)類型,使系統(tǒng)更可靠、更經(jīng)濟(jì)。

9 結(jié)語

細(xì)水霧滅火系統(tǒng)是綠色的消防技術(shù),以自然界中

最常見的水為滅火劑,符合國家對(duì)節(jié)能減排,降低碳

排放,減少溫室效應(yīng)的大方針,應(yīng)鼓勵(lì)在合適場所廣

泛應(yīng)用。 由于此項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)發(fā)展時(shí)間尚短,國家規(guī)

范及標(biāo)準(zhǔn)尚未完善,值得廣大同行深耕研究。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)技

術(shù)規(guī)范: GB 50898—2013 [ S ] 北 京: 中 國 計(jì) 劃 出 版

社,2013.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)

范:GB 50174—2017[S] 北京:中國計(jì)劃出版社,2017.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 檔案館建筑設(shè)計(jì)規(guī)

范:JGJ 25—2010[S] 北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010.

[4] 湯麟. 高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用淺析 2017 年中國

建筑學(xué)會(huì)建筑防火綜合技術(shù)分會(huì)年會(huì)暨第五屆全國建

筑防火學(xué)術(shù)交流會(huì)[C]. 2017.

[5] 戴晶. 高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心機(jī)房中的應(yīng)用探

討[J]. 建筑施工,2021(8):1676 - 1679.

[6] 劉激揚(yáng),郝愛玲,倪照鵬. 淺析閉式細(xì)水霧滅火系統(tǒng)噴頭

數(shù)量的限制要求[J]. 給水排水,2015(2):76 - 79.

(上接第 143 頁)

6 結(jié)論

本文結(jié)合東沖村鄉(xiāng)村振興公路改造設(shè)計(jì)案例,

根據(jù)周邊環(huán)境、項(xiàng)目投資以及建設(shè)單位的建設(shè)目

標(biāo),對(duì)比兩種方案,最終采用加鋪 1. 5 cm 的超薄瀝

青混凝土微罩面的設(shè)計(jì)方案。 該設(shè)計(jì)方案經(jīng)過現(xiàn)

場實(shí)際項(xiàng)目檢驗(yàn),具有良好的使用性能。 通過對(duì)

OGFC - 5 瀝青微罩面設(shè)計(jì)的實(shí)踐與研究,得出以

下幾點(diǎn)結(jié)論:

(1)本項(xiàng)目采用 1. 5 cm OGFC - 5 瀝青微罩面加

鋪方案,滿足規(guī)范和使用性能要求,并且取得良好的

使用效果。

(2)瀝青微罩面工程抗反射裂縫能力,仍需要進(jìn)

一步提高。 在項(xiàng)目設(shè)計(jì)條件允許的情況下,可在后續(xù)

工程實(shí)際應(yīng)用中,考慮設(shè)置應(yīng)力吸收層等措施,保證

路面結(jié)構(gòu)的抗裂能力。

(3)OFGC - 5 瀝青微罩面技術(shù)可在同類鄉(xiāng)村振

興項(xiàng)目進(jìn)一步推廣利用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 劉彥隨,嚴(yán)鑌,王艷飛. 新時(shí)期中國城鄉(xiāng)發(fā)展的主要問題

與轉(zhuǎn)型對(duì)策[J]. 經(jīng)濟(jì)地理,2016,36(07):1 - 8.

[2] 劉彥隨,周揚(yáng),劉繼來. 中國農(nóng)村貧困化地域分異特征及

其精準(zhǔn)扶貧策略[ J]. 中國科學(xué)院院刊,2016,31 (03):

269 - 278.

[3] 趙海林. 統(tǒng)籌城鄉(xiāng)發(fā)展必須轉(zhuǎn)變城市偏向發(fā)展戰(zhàn)略. 中

國鄉(xiāng)村發(fā)現(xiàn),2010(2):24 - 27.

[4] 吳志勇. 道路瀝青路面施工技術(shù)探微[ J]. 城市建筑,

2019,16(36):155 - 156.

[5] 王建華,賴益梁,郭成,等. 成型溫度對(duì) OGFC - 5 干法高

黏復(fù)合瀝青混合料路用性能的影響[ J]. 南昌大學(xué)學(xué)報(bào)

(工科版),2023,45(01):59 - 64,102.

2023 年第 11 期

總第 305 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 11·2023

Vol·305

裝配式雙柱大懸臂預(yù)應(yīng)力蓋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

李智靈

(福州市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)有限公司 福建福州 350003)

摘 要:近年來,國家大力推行預(yù)制裝配式橋梁結(jié)構(gòu)建設(shè),使預(yù)制裝配式橋墩結(jié)構(gòu)在國內(nèi)新建城市高架橋中得到廣泛

應(yīng)用。 結(jié)合福州市新店外環(huán)路西段道路工程,探討項(xiàng)目中裝配式雙柱大懸臂預(yù)應(yīng)力蓋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),并采用 MIDAS

CIVIL 軟件,建立有限元模型,對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力、動(dòng)力特性分析,其計(jì)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求。 工程目前已順利實(shí)施,

運(yùn)營情況良好,驗(yàn)證了現(xiàn)有預(yù)制拼裝技術(shù)的可行性和安全性,可為同類工程設(shè)計(jì)提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞: 裝配式;預(yù)應(yīng)力蓋梁;靜、動(dòng)力分析

中圖分類號(hào):TU99 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1004 - 6135(2023)11 - 0154 - 05

Structural design and analysis of prestressed cover beam with prefabricated

double - column and long cantilever

LI Zhiling

(Fuzhou Planning Design & Research Institute Group Co. ,Ltd,Fuzhou 350003)

Abstract:In recent years,the state has vigorously promoted the construction of prefabricated bridge structures,and prefabricated pier structures have been widely used in new urban viaducts in China. Combined with the road project of the Xindianwaihuan Road in Fuzhou,this

paper discusses the structural design of prestressed double - column long cantilever capping beam in this project,and uses MIDAS CIVIL

software to establish a finite element model,analyze the static and dynamic characteristics of the structure,and the calculation results meet

the requirements of the specification,the project has been successfully implemented and the operation is good,which verifies the feasibility

and safety of the existing prefabricated assembly technology,and can provide reference and reference for similar engineering design.

Keywords:Prefabricated; Prestressed capping beam; Static and dynamic analysis

作者簡介:李智靈(1990. 02— ),男,工程師。

E-mail:527422451@ qq. com

收稿日期:2023 - 03 - 16

0 引言

隨著城市建設(shè)快速發(fā)展,交通擁擠、地少人多的

矛盾日益嚴(yán)重。 新建城市高架橋在保證橋上具有足

夠的車道寬度的同時(shí),還需要盡量節(jié)省橋下用地,滿

足地面輔路的交通需求。 大懸臂預(yù)應(yīng)力蓋梁橋墩因

外觀簡潔美觀、占地小、橋下空間大,正逐漸成為城市

新建高架橋的優(yōu)選方案。

傳統(tǒng)的現(xiàn)澆工藝需現(xiàn)場搭設(shè)支架,施工時(shí)間長,噪

聲大,給地面交通帶來較大影響。 近年來,國家大力推行

預(yù)制裝配式橋梁結(jié)構(gòu),將主梁、墩柱、蓋梁等構(gòu)件采用工

廠化預(yù)制,運(yùn)輸至現(xiàn)場拼裝,不僅能有效減少現(xiàn)場工作

量,縮短工期,還能降低施工期間對(duì)地面交通及環(huán)境的影

響,符合綠色發(fā)展的理念。 目前,裝配式墩柱蓋梁技術(shù)已

在國內(nèi)多個(gè)項(xiàng)目中得到研究及應(yīng)用[1 -2]

。

本文以福州市新店外環(huán)路西段道路工程中的高

架橋梁下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為依托,利用有限元分析軟件,

對(duì)預(yù)制裝配式雙柱大懸臂預(yù)應(yīng)力蓋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜、動(dòng)

力計(jì)算分析,并分析介紹實(shí)際工程應(yīng)用情況,為同類

型的項(xiàng)目起一定的借鑒意義。

1 工程概況

福州市新店外環(huán)路西段道路工程[3] 位于福州市

晉安區(qū)新店片區(qū),項(xiàng)目起點(diǎn)接繞城高速公路古城互

通,終點(diǎn)接新店外環(huán)路東段楊廷互通,道路全長約

5040 m,為城市主干道,設(shè)計(jì)車速60 km / h。 項(xiàng)目地理

位置圖如圖 1 所示。

圖 1 項(xiàng)目地理位置圖

2023 年 11 期 總第 305 期 李智靈·裝配式雙柱大懸臂預(yù)應(yīng)力蓋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析 ·155·

本項(xiàng)目主線高架橋上跨秀峰路、象峰一路和山北

路延伸段后接楊廷互通,全長 1502. 2 m,標(biāo)準(zhǔn)跨徑為

30 m ~ 35 m,標(biāo)準(zhǔn)寬度為25. 5 m,雙向六車道布置,橋

梁荷載采用城 - A 級(jí)荷載。 其中,Z19 - Z44 段上部

結(jié)構(gòu)采用鋼板組合梁,下部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制裝配式雙柱

大懸臂預(yù)應(yīng)力蓋梁。 這是福建省首次在城市高架橋

中采用預(yù)制裝配式橋墩結(jié)構(gòu),標(biāo)準(zhǔn)斷面如圖 2 所示。

圖 2 高架橋標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文以 3 m × 35 m 鋼板組合梁橋下部結(jié)構(gòu)(中間

墩)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。 橋墩采用預(yù)制裝配式雙柱式大懸

臂預(yù)應(yīng)力蓋梁結(jié)構(gòu),因橋下布置有綜合管廊,故雙柱

橫橋向間距設(shè)置為 10 m。 矩形墩柱截面尺寸為 1. 6

× 1. 6 m,角點(diǎn)處采用半徑為 0. 2 m 的圓倒角,平均墩

高 8 m,基礎(chǔ)采用 4 根直徑 1. 2 m 的鉆孔灌注樁,樁基

長度為 47. 85 m,持力層為中風(fēng)化花崗巖層( 嵌巖

樁),墩柱與樁基之間設(shè)置有 2 m 厚的承臺(tái)。 圖 3 為

橋墩立面圖。

圖 3 橋墩立面圖(單位:cm)

墩柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 C40,縱向主筋采用 28

根直徑 40 mm 的 HRB400 鋼筋,墩柱采用整體預(yù)制,

不分段。

蓋梁中心高度 1. 9 m,端部高 1. 002 m,橫橋向?qū)?/p>

度 25. 2 m,順橋向頂寬 2. 2 m,懸臂長度 7. 6 m。 蓋梁

按 A 類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì),混凝土強(qiáng)度等級(jí)為

C50,共布置 10 束規(guī)格為 15Φ

s

15. 2 的預(yù)應(yīng)力鋼束,分

兩批次張拉。 單片蓋梁重量約 220 t,體量較大,本次

蓋梁采用分 2 段預(yù)制,預(yù)留 1 m 濕接縫現(xiàn)場澆筑拼

接,降低運(yùn)輸及吊裝難度。 蓋梁預(yù)應(yīng)力鋼束布置如圖

4 所示。

圖 4 蓋梁預(yù)應(yīng)力鋼束布置圖(單位:cm)

本項(xiàng)目預(yù)制墩柱與承臺(tái)及蓋梁均通過灌漿套筒

連接,其規(guī)格為 GTZQ4 40 型,設(shè)置在墩底及蓋梁中,

連接示意如圖 5 所示。

圖 5 預(yù)制墩柱與蓋梁、承臺(tái)連接示意圖

承臺(tái)預(yù)埋縱筋及柱頂外伸主筋均為 40 cm,預(yù)制

墩柱與蓋梁及承臺(tái)拼接面均設(shè)置 2 cm 高強(qiáng)無收縮砂

漿墊層,其 28 d 抗壓強(qiáng)度不小于 60 MPa。 灌漿連接

套筒使用高強(qiáng)無收縮水泥灌漿料,灌漿完成后,在接

縫處采用環(huán)氧砂漿進(jìn)行密封處理。 圖 6、圖 7 為預(yù)制

墩柱、蓋梁灌漿套筒安裝示意圖。

·156· 福 建 建 筑 2023 年

圖 6 預(yù)制墩柱底灌漿套筒安裝示意圖

圖 7 預(yù)制蓋梁墩頂處灌漿套筒安裝示意圖

3 有限元分析

采用 Midas Civil 有限元軟件建立橋墩蓋梁計(jì)算模

型,蓋梁、墩柱及基礎(chǔ)均采用梁單元進(jìn)行模擬。 由于上

部主梁支座間距較大,為了更好地模擬結(jié)構(gòu)受力情況,

在蓋梁頂采用虛擬橫梁進(jìn)行加載,樁基按地質(zhì)情況設(shè)

置土彈簧模擬樁土作用。 圖 8 為橋墩有限元模型。

圖 8 橋墩計(jì)算有限元模型

施工工況根據(jù)實(shí)際施工工序進(jìn)行劃分:拼裝下部

結(jié)構(gòu)(含濕接縫)→張拉第一批次預(yù)應(yīng)力鋼束→架設(shè)

上部主梁→張拉第二批次預(yù)應(yīng)力鋼束→施工橋面系。

4 靜力計(jì)算結(jié)果

國內(nèi)外一系列試驗(yàn)和理論研究表明,預(yù)制裝配式

混凝土橋墩采用灌漿套筒連接時(shí),其結(jié)構(gòu)的整體性能

與傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)類似[4]

。 因此在靜力計(jì)算分析中,結(jié)

構(gòu)建模分析時(shí),采用與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)相同的方法,忽略灌

漿套筒對(duì)結(jié)構(gòu)截面強(qiáng)度、剛度的影響。

4. 1 蓋梁短暫狀況應(yīng)力驗(yàn)算

根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)

規(guī)范》 ( JTG 3362—2018) 中的規(guī)定(下文簡稱“公預(yù)

規(guī)”),A 類預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件,在預(yù)應(yīng)力和構(gòu)件

自重等施工荷載作用下,截面邊緣混凝土的法向應(yīng)力

應(yīng)符合下列規(guī)定:

壓應(yīng) 力: σ

t

cc ≤ 0. 7f′ck = 0. 7 × 0. 75 × 32. 4 =

17. 01 MPa;

拉應(yīng) 力: σ

t

ct ≤ 0. 7f′tk = 0. 7 × 0. 75 × 2. 65 =

1. 39 MPa。

提取主要施工階段計(jì)算結(jié)果,如表 1 所示。

表 1 施工階段蓋梁上下緣正應(yīng)力

主要施工階段

上緣/ MPa 下緣/ MPa

壓應(yīng)力 拉應(yīng)力 壓應(yīng)力 拉應(yīng)力

張拉第一批次鋼束 9. 37 — 3. 40 1. 25

架設(shè)上部主梁 8. 27 0. 48 7. 80 —

張拉第二批次鋼束 16. 08 — 7. 37 —

施工橋面系 15. 91 — 8. 79 —

由表中計(jì)算結(jié)果可知,預(yù)應(yīng)力蓋梁各施工階段應(yīng)

力均小于規(guī)范限值,滿足設(shè)計(jì)要求。

4. 2 蓋梁正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算

根據(jù)“公預(yù)規(guī)”中的規(guī)定,A 類預(yù)應(yīng)力混凝土受彎

構(gòu)件,在持久狀況正常使用極限狀態(tài)下,結(jié)構(gòu)截面應(yīng)

力需滿足以下規(guī)定:

頻遇組合作用下,截面拉應(yīng)力滿足 σst -σpc≤0. 7f

tk,

準(zhǔn)永久組合作用下,截面不出現(xiàn)拉應(yīng)力;標(biāo)準(zhǔn)組

合作用下,正截面最大壓力滿足 σkc + σpt≤0. 50f

ck,斜

截面最大主壓應(yīng)力滿足 σcp≤0. 6f

ck。

提取預(yù)應(yīng)力蓋梁計(jì)算結(jié)果,見表 2 及圖 9、圖 10。

表 2 正常使用階段蓋梁應(yīng)力

荷載組合

跨中應(yīng)力/ MPa 墩頂應(yīng)力/ MPa 懸臂應(yīng)力/ MPa

上緣 下緣 上緣 下緣 上緣 下緣

頻遇組合 - 3. 43 - 6. 81 - 2. 19 - 8. 75

準(zhǔn)永久組合 - 4. 49 - 7. 47 - 3. 36 - 8. 77

標(biāo)準(zhǔn)組合 - 5. 97 - 9. 92 - 4. 98 - 13. 03 - 15. 81 - 1. 63

注:表中“ - ”表示壓應(yīng)力,“ + ”表示拉應(yīng)力。

2023 年 11 期 總第 305 期 李智靈·裝配式雙柱大懸臂預(yù)應(yīng)力蓋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析 ·157·

圖 9 頻遇組合蓋梁正截面主應(yīng)力圖(單位:MPa)

圖 10 標(biāo)準(zhǔn)組合蓋梁斜截面主應(yīng)力圖(單位:MPa)

由上述圖表可知,在頻遇組合下,蓋梁正截面均

為壓應(yīng)力,主拉應(yīng)力為 0. 61 MPa < 0. 5f

tk = 0. 5 × 2. 65

= 1. 325 MPa;準(zhǔn)永久組合下,蓋梁正截面均為壓應(yīng)力;

在標(biāo)準(zhǔn)組合下,蓋梁正截面最大壓應(yīng)力為 15. 81 MPa <

0. 5f

ck =0. 5 × 32. 4 = 16. 2 MPa,斜截面最大主應(yīng)力為

15. 81 MPa < 0. 6f

ck = 0. 6 × 32. 4 = 19. 44 MPa,以上結(jié)

果均滿足“公預(yù)規(guī)”中的要求。

4. 3 蓋梁承載能力極限狀態(tài)強(qiáng)度驗(yàn)算

基本組合下,蓋梁計(jì)算結(jié)果如圖 11 ~ 圖 12 所示。

圖 11 基本組合蓋梁抗彎承載力包絡(luò)圖(單位:kN·m)

圖 12 基本組合蓋梁抗剪承載力包絡(luò)圖(單位:kN)

由圖 11 ~ 圖 12 可知,在基本組合下,預(yù)應(yīng)力蓋梁

抗彎及抗剪承載力,均滿足“公預(yù)規(guī)”中的相關(guān)要求。

4. 4 墩柱抗力及裂縫驗(yàn)算

墩柱為鋼筋混凝土偏心受壓構(gòu)件,提取墩柱截面

內(nèi)力進(jìn)行驗(yàn)算:

基本組合作用下,柱底截面內(nèi)力 rMu = 3824 kN·m

< Mn = 9618. 8 kN·m;

頻遇組合作用下,墩柱截面最大裂縫寬體 Wcr =

0. 181 mm < 0. 2 mm。 承載力及裂縫寬度均滿足“公

預(yù)規(guī)”中的相關(guān)要求。

5 動(dòng)力計(jì)算結(jié)果

5. 1 分析計(jì)算方法

工程所在地地震基本烈度為 7 度,地震動(dòng)峰值加

速度為 0. 10 g,基本地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜特征周期為

0. 45 s。 根 據(jù) 《 城 市 橋 梁 抗 震 設(shè) 計(jì) 規(guī) 范》 ( CJJ—

2011),本項(xiàng)目橋梁抗震設(shè)防類別為丙類,即在 E1 地

震作用下,墩柱應(yīng)在彈性范圍內(nèi)工作,基本無損傷;在

E2 地震作用下,墩柱可產(chǎn)生彈塑性變形,耗散地震

力,但不產(chǎn)生嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)損傷。

本項(xiàng)目裝配式橋墩,采用延性設(shè)計(jì)方法進(jìn)行抗震

性能分析驗(yàn)算。 即在地震作用下,墩柱作為延性構(gòu)

件,發(fā)生彈塑性變形,延長結(jié)構(gòu)周期,耗散地震能量;

而蓋梁、支座和基礎(chǔ)等作為能力保護(hù)構(gòu)件,保持彈性

或基本不發(fā)生損傷。

國內(nèi)外已有相關(guān)理論及試驗(yàn)研究表明,采用灌漿

套筒連接的預(yù)制墩柱,其水平承載力、變形能力、剛

度、耗能能力等抗震性能,與傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土橋墩基

本相近[5]

,故本項(xiàng)目抗震性能的分析計(jì)算方法仍按照

現(xiàn)有的抗震規(guī)范執(zhí)行。

5. 2 E1 地震作用下計(jì)算結(jié)果

根據(jù)《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 166—2011)

規(guī)定,一般情況下,城市橋梁可只考慮水平向地震作

用。 故本模型分別計(jì)算在 E1 地震作用下順橋向及橫

橋型的地震效應(yīng),并驗(yàn)算橋墩墩柱的強(qiáng)度,計(jì)算結(jié)果

如表 3 所示。

表 3 E1 地震作用下橋墩抗彎強(qiáng)度驗(yàn)算表

驗(yàn)算截面 彎矩方向

彎矩

(kN·m)

抗彎承載力

(kN·m)

左柱底 順橋向 4662. 6 12 850

左柱底 橫橋向 3832. 9 12 850

右柱底 順橋向 4662. 8 12 850

右柱底 橫橋向 3824. 7 12 850

由表 3 計(jì)算結(jié)果可知,在 E1 地震作用下,橋墩立

柱處于彈性范圍內(nèi)工作,滿足現(xiàn)有規(guī)范要求。

5. 3 E2 地震作用下計(jì)算結(jié)果

根據(jù)《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 166—2011)

規(guī)定,在 E2 地震作用下,應(yīng)先判斷結(jié)構(gòu)是否進(jìn)入塑性

階段。 先假設(shè) E2 地震作用下,橋墩處于彈性狀態(tài),計(jì)

算其地震效應(yīng),并結(jié)合墩柱截面的彎矩曲率分析,以

此判斷結(jié)構(gòu)是否進(jìn)入了塑性階段,如表 4 所示。

·158· 福 建 建 筑 2023 年

表 4 E2 地震作用下橋墩是否進(jìn)入塑性判定表

驗(yàn)算截面 工況

彎矩

(kN·m)

是否進(jìn)入

塑性狀態(tài)

左柱底 順橋向最大彎矩 22 234. 2 是

左柱底 橫橋向最大彎矩 18 310. 3 是

右柱底 順橋向最大彎矩 22 235. 0 是

右柱底 橫橋向最大彎矩 18 310. 5 是

經(jīng)計(jì)算,在 E2 地震作用下,墩柱已進(jìn)入塑性階

段,需驗(yàn)算墩柱頂順橋向和橫橋向的位移。 裝配式混

凝土橋墩存在接縫張開現(xiàn)象,最大曲率集中于接縫附

近。 破壞也主要集中在接縫附近,相較于現(xiàn)澆構(gòu)件,

預(yù)制墩柱墩頂極限位移偏小,等效塑性鉸長度較小。

因此,在等效塑性鉸長度 Lp 的取值中,考慮 1. 5 的折

減系數(shù)。 墩頂位移計(jì)算結(jié)果如表 5 所示。

表 5 E2 地震作用下墩頂水平位移驗(yàn)算表

驗(yàn)算截面 驗(yàn)算方向

位移

(mm)

容許位移

(mm)

是否滿足

要求

左柱頂 順橋向 95. 179 318. 335 是

左柱頂 橫橋向 47. 114 237. 121 是

5. 4 能力保護(hù)構(gòu)件驗(yàn)算

本橋墩為雙柱式框架墩,塑性鉸區(qū)域位于墩頂和

墩底位置。 圖 13 為塑性鉸區(qū)域示意圖,其 E2 地震作

用下抗剪強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果如表 6 所示。

(a)橫橋向 (b)順橋向

圖 13 墩柱塑性鉸區(qū)域示意圖

表 6 塑性鉸區(qū)域抗剪承載力驗(yàn)算表 kN

驗(yàn)算截面 驗(yàn)算方向 剪力 抗剪承載力

左柱頂 順橋向 1717. 1 5016. 6

左柱底 順橋向 1717. 1 5016. 6

左柱頂 橫橋向 3516. 7 4985. 7

左柱底 橫橋向 3516. 7 4985. 7

右柱頂 順橋向 1717. 1 5016. 6

右柱底 順橋向 1717. 1 5016. 6

右柱頂 橫橋向 4774. 4 4985. 7

右柱底 橫橋向 4774. 1 4985. 7

經(jīng)計(jì)算,墩柱塑性鉸抗剪強(qiáng)度滿足規(guī)范要求,表

中剪力值取值,為墩柱超強(qiáng)彎矩所對(duì)應(yīng)的剪力。 在蓋

梁、基礎(chǔ)及支座等作為能力保護(hù)構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí),其彎矩、

剪力和軸力取與墩柱塑性鉸區(qū)域截面超強(qiáng)彎矩所對(duì)

應(yīng)的彎矩、剪力和軸力。 本文主要針對(duì)裝配式墩柱及

預(yù)應(yīng)力蓋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震計(jì)算分析,因此僅給出蓋梁

的計(jì)算結(jié)果,其 E2 地震作用下抗彎及抗剪承載力包

絡(luò)圖,如圖 14 ~ 圖 15 所示。

圖 14 蓋梁正截面抗彎承載力包絡(luò)圖(單位:kN·m)

圖 15 蓋梁斜截面抗剪承載力包絡(luò)圖(單位:kN)

由上圖可知,在 E2 地震作用下,預(yù)應(yīng)力蓋梁保持

彈性,抗彎及抗剪強(qiáng)度強(qiáng)度均滿足規(guī)范要求。

6 結(jié)語

(1)預(yù)制裝配式雙柱大懸臂蓋梁結(jié)構(gòu)具有良好

的景觀性,又可節(jié)約橋下空間,施工中具備工廠化生

產(chǎn)、裝配化施工和信息化管理等優(yōu)勢,已逐漸成為城

市高架橋的發(fā)展趨勢。

(2)結(jié)合福州市新店外環(huán)路高架橋中預(yù)制裝配

式雙柱大懸臂預(yù)應(yīng)力蓋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,以及靜、

動(dòng)力計(jì)算分析結(jié)果和工程應(yīng)用情況,表明現(xiàn)有的預(yù)制

裝配式橋梁技術(shù)是可行的,其可靠性、安全性可滿足

使用要求。 文中設(shè)計(jì)思路和計(jì)算方法,可為同類型的

項(xiàng)目提供借鑒和參考。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 沙麗新,李國平. 典型城市高架倒 T 蓋梁預(yù)制裝配化設(shè)

計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究[J]. 中國市政工程,2017(3):16 - 19.

[2] 楊煒,任才. 預(yù)制裝配式蓋梁在無錫鳳翔路高架橋中的

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