編制說(shuō)明-變電站建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)程（征求意見(jiàn)稿）

一、工作簡(jiǎn)況根據(jù)福建省土木工程建筑行業(yè)協(xié)會(huì)《關(guān)于<變電站建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)程>團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)的批復(fù)》（閩土建協(xié)[2023]02號(hào)）的要求，由國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院、華僑大學(xué)會(huì)同有關(guān)單位組成編制小組，開(kāi)展團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編制。隨著科技發(fā)展，電力安全對(duì)人民生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響越發(fā)顯著，一旦發(fā)生停電事故，不僅影響人民正常生活，同時(shí)還會(huì)制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展。然而電力發(fā)展沒(méi)有及時(shí)跟上經(jīng)濟(jì)發(fā)展的腳步，電力系統(tǒng)的安全性不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活需求，近年來(lái)不斷發(fā)生的大面積停電事故，給人民生活、社會(huì)生產(chǎn)帶來(lái)巨大的影響。有報(bào)告研究顯示，美國(guó)每年停電事故使得生產(chǎn)停滯、交通癱瘓等問(wèn)題帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)上千億美元，我國(guó)正處于快速發(fā)展、生產(chǎn)時(shí)期，停電帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失更是不可估量。據(jù)應(yīng)急管理部消防救援局統(tǒng)計(jì)，2020年全國(guó)電氣類火災(zāi)占全年火災(zāi)總數(shù)為33.6%，2021年全國(guó)74.8萬(wàn)起火災(zāi)事故中，電氣火災(zāi)數(shù)量高居榜首，占比高達(dá)50.4%。變電站是電力系統(tǒng)中的基礎(chǔ)設(shè)施，在電力運(yùn)輸中起著至關(guān)重要的作用，其安全性和可靠性是電力行業(yè)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素。變電站是電力系統(tǒng)中變換電壓、接受和分配電能的電力設(shè)施，站內(nèi)有變壓器、電容器、電力電纜等設(shè)備，可燃物多，是電力火災(zāi)的高危場(chǎng)所。變電站中有大量的易燃物，發(fā)生火災(zāi)的原因一般是短路過(guò)熱導(dǎo)致起火，包括電纜和變壓器等起火。變電站發(fā)生火災(zāi)不僅造成直接經(jīng)濟(jì)損失，還可能會(huì)導(dǎo)致突發(fā)性大面積的停電，對(duì)人民生產(chǎn)生活造成影響。變電站發(fā)生火災(zāi)事故，不僅會(huì)造成人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失，還會(huì)使得交通癱瘓導(dǎo)致交通事故等，一系列嚴(yán)重影響人們?nèi)粘Ｉ畹膯?wèn)題。而隨著土地資源的開(kāi)發(fā)利用和電子技術(shù)的發(fā)展，原本較為偏僻的變電站周圍逐漸建立起居民生活區(qū)、加油站、超市等人群密集場(chǎng)所，使得變電站發(fā)生火災(zāi)后的事故后果嚴(yán)重程度增加；傳統(tǒng)變電站開(kāi)始向無(wú)人值班變電站轉(zhuǎn)變，這一轉(zhuǎn)變?cè)黾恿俗冸娬景l(fā)生火災(zāi)事故后由于救援不及時(shí)造成更嚴(yán)重后果的可能性。鋼材強(qiáng)度高、韌性好、施工方便，在建筑結(jié)構(gòu)中廣泛使用。鋼材本身不可燃，但是火災(zāi)中鋼材溫度升高后剛度和強(qiáng)度下降。不采取防火保護(hù)的鋼材在500°C時(shí)強(qiáng)度下降一半。因此，無(wú)防火保護(hù)的鋼結(jié)構(gòu)在火災(zāi)中很容易發(fā)生破壞。為了減少經(jīng)濟(jì)損失，有必要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)變電站進(jìn)行耐火分析和防火保護(hù)。鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)層主要有防火涂料和防火板。涂覆防火涂料的保護(hù)方式施工方便，不受構(gòu)件截面或施工位置的影響，在鋼結(jié)構(gòu)建筑工程中應(yīng)用較多。防火板具有裝飾性好、便于加工、干作業(yè)等優(yōu)勢(shì)，但目前關(guān)于防火板的研究較少。防火涂料與防火板對(duì)變電站主體結(jié)構(gòu)耐火性能的影響尚需進(jìn)一步研究。綜上所述，制定變電站鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不僅是保障安全和設(shè)備完整性的重要措施，也是提升行業(yè)整體設(shè)計(jì)水平、遵循法規(guī)和降低經(jīng)濟(jì)損失的必要步驟。根據(jù)任務(wù)要求，國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院、華僑大學(xué)于2024年7月成立了標(biāo)準(zhǔn)編制起草工作組，組織標(biāo)準(zhǔn)編制和協(xié)調(diào)工作。標(biāo)準(zhǔn)起草工作組制定了標(biāo)準(zhǔn)編制工作計(jì)劃、編寫(xiě)大綱，明確任務(wù)分工及各階段時(shí)間進(jìn)度。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)起草工作組成員認(rèn)真學(xué)習(xí)了GB/T1.1-2009《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分:標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫(xiě)規(guī)則》、DL／T5457《變電站建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》、T/CECS24《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》等，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)制定工作程程序的各個(gè)環(huán)節(jié)，進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)和內(nèi)容的探討和研究。標(biāo)準(zhǔn)起草工作組經(jīng)過(guò)1個(gè)月的廣泛調(diào)研、咨詢，收集和查閱有關(guān)資料，并結(jié)合國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院目前在變電站鋼結(jié)構(gòu)防火方面的經(jīng)驗(yàn)，于2024年8月確定了標(biāo)準(zhǔn)起草的總體框架和主要內(nèi)容，并編寫(xiě)完成了團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《變電站建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)程》的草案。2024年9月，起草工作組在公司內(nèi)部進(jìn)行了草案的意見(jiàn)征求和研討，多次召開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)制定調(diào)度會(huì)議，經(jīng)過(guò)反復(fù)修改和完善，目前已形成了團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的征求意見(jiàn)稿。福建省土木工程建筑行業(yè)協(xié)會(huì)國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院華僑大學(xué)二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則和確定標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容的論據(jù)①耐火等級(jí)：變電站鋼結(jié)構(gòu)的耐火等級(jí)為一級(jí)（要求耐火極限在1.5小時(shí)以上）②防火涂料：膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的涂層厚度不應(yīng)小于1.5mm；鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的耐火極限分為：0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h。③截面形狀系數(shù)：鋼構(gòu)件的受火表面積與其相應(yīng)的體積之比。④標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線：在標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)中,耐火試驗(yàn)爐內(nèi)的空氣平均溫度隨時(shí)間變化的⑤電力火災(zāi)升溫曲線：評(píng)價(jià)建筑構(gòu)件（變電站）或電纜封堵組件在電力火災(zāi)(以有機(jī)高聚物材料為主要燃料)作用下的耐火性能時(shí)，可以采用電力火災(zāi)升溫曲線進(jìn)行耐火試驗(yàn)。⑥等效曝火時(shí)間：鋼構(gòu)件受標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)作用后的溫度與其受實(shí)際火災(zāi)作用時(shí)達(dá)到相同溫度的時(shí)間。⑦荷載比：火災(zāi)下結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的荷載效應(yīng)設(shè)計(jì)值與其常溫下的承載力設(shè)計(jì)值的比值。t——火災(zāi)持續(xù)時(shí)間（min）Tg——火災(zāi)發(fā)展到t時(shí)刻的熱煙氣平均溫度(℃)Tg0——火災(zāi)前室內(nèi)環(huán)境的溫度(℃),可取20℃Δt——時(shí)間步長(zhǎng)(s)，取值不宜大于5sΔTs——鋼構(gòu)件在時(shí)間(t，t+Δt)內(nèi)的溫升(℃)Ts、Tg——分別為t時(shí)刻鋼構(gòu)件的內(nèi)部溫度和熱煙氣的平均溫度(℃)ρs、cs——分別為鋼材的密度（kg/m3）和比熱[J/(kg·℃)]F/V——無(wú)防火保護(hù)鋼構(gòu)件的截面形狀系數(shù)（m-1）F——單位長(zhǎng)度鋼構(gòu)件的受火表面積（m2）V——單位長(zhǎng)度鋼構(gòu)件的體積（m3）α——綜合熱傳遞系數(shù)[W/（m2·℃)]αc——熱對(duì)流傳熱系數(shù)[W/（m2·℃)]，可取25W/（m2·℃)αr——熱輻射傳熱系數(shù)[W/（m2·℃)]εr——綜合輻射率σ——斯蒂芬-波爾茲曼常數(shù)，為5.67×10-8W/（m2·℃4）i——保護(hù)層熱阻[m2/（W·℃)]Tg-Tg0=345lg(8t+1)Tg-Tg0=1080×1-0.325e-t/6-0.675e-2.5t)Tg-Tg0=1030×1-0.325e-t/6-0.675e-2.5t)在變電站建筑鋼結(jié)構(gòu)的高溫環(huán)境下，鋼材、普通混凝土和防火保護(hù)材料的參數(shù)應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑鋼結(jié)構(gòu)防火技術(shù)規(guī)范》GB51249的相關(guān)規(guī)定。普通鋼結(jié)構(gòu)防火涂料（用于普通工業(yè)與民用建筑物鋼結(jié)構(gòu)表面的防火涂料）采用建筑纖維類火災(zāi)升溫條件,試驗(yàn)爐內(nèi)溫度及壓力應(yīng)符合GB/T9978.1一2008中6.l和6.2的相關(guān)規(guī)定;特種鋼結(jié)構(gòu)防火涂料（用于變電站鋼結(jié)構(gòu)表面的防火涂料）采用烴類(HC)火災(zāi)升溫條件或電力火災(zāi)升溫條件,試驗(yàn)爐內(nèi)溫度應(yīng)符合GA/T714——2007中5.1.2的相關(guān)規(guī)定,爐內(nèi)保持正壓。室內(nèi)膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的理化性能應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB14907，第5.2.1條的要室外膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的理化性能應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB14907，第5.2.2條的要普通膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料和特種膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的耐火性能分級(jí)應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB14907，第5.2.3條的要求。為模擬變電站建筑鋼結(jié)構(gòu)火災(zāi)，進(jìn)行鋼梁在不同升溫曲線條件下的耐火研究，鋼梁截面尺寸為HN588×300×12×20。變電站中的燃燒曲線選取：變電站中的油浸變壓器室、應(yīng)屬于碳?xì)浠馂?zāi)，電纜層屬于電力火災(zāi)，輔助用房可選擇纖維類標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線。熱電偶布置位置參考GB9978.6鋼梁的特殊部分防火設(shè)計(jì)，分別在上翼緣、腹板、下翼緣布置熱電偶測(cè)量鋼梁豎向的溫度變化差異，下翼緣設(shè)置兩個(gè)熱電偶，測(cè)量溫度沿鋼梁翼緣的變化情況。膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料施工：底層除銹完成，先涂刷底漆防銹，干燥完成再按層涂抹涂料，每層厚度約0.2~0.3mm，涂抹至預(yù)定厚度，采用電子測(cè)厚儀按照涂層測(cè)點(diǎn)位置測(cè)量厚度，未達(dá)標(biāo)位置按厚度補(bǔ)平。圖示為華僑大學(xué)水平火災(zāi)試驗(yàn)爐，水平爐的空間尺寸為長(zhǎng)6m，寬4.5m，高1.5m，本次試驗(yàn)使用半爐6個(gè)噴火口進(jìn)行。試驗(yàn)步驟確定：①安裝試件：將試件按照預(yù)定的加載方式及端部約束方式安裝在水平火災(zāi)試驗(yàn)爐上。②密封爐體：閉合火爐，鋪設(shè)防火棉防止熱量流失。③布置測(cè)量裝置。（熱電偶，變形位移計(jì)等）④預(yù)加載：根據(jù)設(shè)計(jì)施加荷載，預(yù)施加10%的荷載并持荷2分鐘。檢查各參數(shù)收集設(shè)計(jì)是否正常工作。⑤加載前準(zhǔn)備：確保各測(cè)量裝置正常工作，確定設(shè)計(jì)施加的力為試件梁承擔(dān)。⑥加載：施加目標(biāo)載荷，保持恒定2分鐘，記錄此時(shí)相關(guān)位移數(shù)據(jù)，初始溫度等。⑦升溫：根據(jù)ISO-834標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線或電力升溫曲線設(shè)置火爐升溫，采集爐內(nèi)溫度和鋼梁溫度。⑧試驗(yàn)結(jié)束和終止：當(dāng)試件達(dá)到GB9978-2008判定標(biāo)準(zhǔn)細(xì)則10.2內(nèi)容，應(yīng)立即停止升溫并終止試驗(yàn)。終止試驗(yàn)的判定標(biāo)準(zhǔn)和原則：試驗(yàn)過(guò)程記錄：對(duì)試驗(yàn)期間的固定熱電偶以1min測(cè)量并記錄溫度值一次。爐壓應(yīng)連續(xù)測(cè)量和記錄，時(shí)間間隔5min一次。變形測(cè)量：試件加載前和按要求加載后，都應(yīng)該進(jìn)行尺寸測(cè)量，并且在耐火試驗(yàn)中1min測(cè)量一次跨中形變。完整性觀測(cè)：記錄棉墊被點(diǎn)燃的時(shí)間，同時(shí)記錄被點(diǎn)燃的位置；記錄縫隙探棒能通過(guò)試件裂縫的時(shí)間，同時(shí)記錄裂縫的位置；記錄試件背面竄出火焰和持續(xù)的時(shí)間，同時(shí)記錄竄出火焰的位置。記錄鋼梁?jiǎn)适С休d能力的時(shí)間。試件結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形、開(kāi)裂、材料熔化或軟化、材料脫落或燒焦等相關(guān)現(xiàn)象，應(yīng)記錄在試驗(yàn)報(bào)告中。背火面冒出大量濃煙氣也應(yīng)記錄。三、1.主要試驗(yàn)分析基于ABAQUS對(duì)電力升溫曲線下鋼梁的溫度場(chǎng)模擬：（1）電力升溫曲線明顯高于ISO-834標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線而稍弱于HC升溫曲線；（2）梁截面越高，對(duì)應(yīng)截面形狀系數(shù)越小，耐火極限越長(zhǎng)；（3）固接和鉸接邊界限制了梁撓度的發(fā)展，增加了承載能力；（4）荷載比對(duì)鋼梁的撓度發(fā)展影響非常明顯，當(dāng)荷載比越大，梁的耐火極限越短。涂料對(duì)鋼梁升溫有較大影響，明顯提升了鋼梁的耐火能力。由于本次試驗(yàn)涂料導(dǎo)熱系數(shù)的影響，耐火極限并未達(dá)到120min，試件在電力升溫曲線作用下，耐火極限降低了20%，對(duì)比ISO-834標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線下極限抗火時(shí)間降低了11.1%;可以看出電力升溫曲線下的影響比ISO-834標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線下的影響更為嚴(yán)重。因此在變電站建筑鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)中，鋼結(jié)構(gòu)防火涂料起到重要作用。2.技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證在變電站鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)中，采用防火涂料的技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證具有重要意義。首先，從技術(shù)角度來(lái)看，防火涂料能夠有效提升鋼結(jié)構(gòu)的耐火性能，延緩火災(zāi)對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞，確保設(shè)備和人員的安全。此外，防火涂料的施工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)，能夠滿足變電站復(fù)雜環(huán)境的要求。在經(jīng)濟(jì)性方面，盡管防火涂料的初期投入相對(duì)較高，但通過(guò)降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)、減少潛在損失和維護(hù)成本，長(zhǎng)期來(lái)看能夠?qū)崿F(xiàn)顯著的投資回報(bào)。同時(shí)，符合國(guó)家和地方防火規(guī)范的涂料，能夠有效降低因不合規(guī)而帶來(lái)的法律風(fēng)險(xiǎn)。綜上所述，采用防火涂料作為變電站鋼結(jié)構(gòu)的防火設(shè)計(jì)方案，不僅具備良好的技術(shù)可行性，還能在經(jīng)濟(jì)上實(shí)現(xiàn)合理性，為變電站的安全運(yùn)營(yíng)提供有力保障。3.預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效果變電站鋼結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)采用防火涂料的預(yù)期經(jīng)濟(jì)效果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①降低火災(zāi)損失：防火涂料能夠有效延緩鋼結(jié)構(gòu)的升溫，減少火災(zāi)發(fā)生時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)的破壞，從而降低因火災(zāi)引發(fā)的設(shè)備損壞、停產(chǎn)損失和人員傷亡的經(jīng)濟(jì)損失。②減少維修和重建成本：通過(guò)提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火性，防火涂料能夠延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命，減少因火災(zāi)造成的維修和重建費(fèi)用。這種預(yù)防性投資能夠在長(zhǎng)期內(nèi)節(jié)省大量資金。③降低保險(xiǎn)費(fèi)用：采用防火涂料后，變電站的火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)降低，可能會(huì)導(dǎo)致保險(xiǎn)公司降低相關(guān)保險(xiǎn)費(fèi)用，從而進(jìn)一步節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本。④提高資產(chǎn)價(jià)值：防火設(shè)計(jì)的有效性能夠提升變電站的整體安全性和可靠性，增強(qiáng)投資者和客戶的信心，從而提高資產(chǎn)的市場(chǎng)價(jià)值。⑤符合政策法規(guī)要求：通過(guò)采用符合國(guó)家和地方防火標(biāo)準(zhǔn)的防火涂料，能夠避免因不合規(guī)而產(chǎn)生的罰