·140· 福 建 建 筑 2023 年

目的试点示范村工程,项目整体位于东冲村村域范围

内,如图 1 所示。 本项目建设以道路为载体的现代化

交通设施,既可促进区域交通向“绿色” “环保”和“以

人为本”的方向发展,又可推动社会的发展。 本项目

的建设,将极大地推动片区内的土地开发,促进三沙

镇的建设。 项目起点位于东冲村境内接现状 C712,

终点位于东冲村澳里附近接现状 C712。 项目旧有道

路等级为四级公路Ⅰ类,路线改造范围路线总长约

1525 m,改造形式采用“白加黑”对路面进行沥青加铺

设计,并对沿线路灯照明系统进行景观改造提升,同

时对部分架空管线进行地下设计。 现状路面为水泥

混凝土路面,路面状况优良。

图 1 工程项目鸟瞰图

2 现状调查与分析

2. 1 建设需求

东冲村为宁德市景观旅游名村,历史文化特色资

源丰富,具备优质的人文及自然特色资源。 结合村庄

自然生态与历史文化要素,制定保护传承目标策略,

提出村庄人口与用地规模控制要求、生态化建设的需

求。 本次 “白改黑”项目皆位于东冲村境内,C712 为

东冲村对外的唯一通道,贯穿全村,对东冲村的出行

与经济建设有着重大的作用。 通过项目的改造,提升

了东冲村整体村貌和村民的生活质量,也提升了村落

整体美感,能吸引更多的商客往来游玩、发展与消费。

2. 2 沿线自然地理条件

线路场区地震基本烈度为 6 度,地震动峰值加

速度为 0. 05 g,设计分组第二组,地震动反应谱特征

周期 T 为 0. 40 s。 近期未发生过较大地震,为相对

稳定区,对工程建设和后期使用无重大影响。 霞浦

县属中亚热带季风湿润气候区,气候温暖,气候要素

垂直差异明显,山岳地带随海拔高度每上升 100 m,

年平均气温约降低 0. 56℃ 。 海岛地区受海洋气候

调节,日较差小于各地。 受海洋气候影响,地区季风

特点明显,春多雨水,夏多台风,全县年平均降水量

1100 m ~ 1800 mm。

2. 3 旧路面结构组成

本项目现有的路基宽度为 6. 5 m。 断面型式为

0. 25 m(路肩) + 3 m(机动车道) + 3 m(机动车道) +

0. 25 m(路肩) = 6. 5 m,如图 2 所示。 现状老路路面

面层采用 22 cm 厚 C20 混凝土面层,基层为 16 cm 厚

5% 水泥稳定填隙碎石,垫层为 15 cm 厚填隙碎石。

旧路于 2020 年竣工完成,设计年限为 15 年,胀缝、缩

缝及纵缝均有设置。 现状道路沿线局部设有水泥砼

护栏,缺少相关交通标志。

图 2 旧有路面横断面图(单位:cm)

2. 4 旧路面病害情况

依据水泥混凝土路段破损调查得到的病害类型、

轻重程度和密度大数据,依据《公路技术状况评定标

准》(JTG 5210)、《公路水泥混凝土路面养护技术规

范》(JTJ 073. 1)相关规定结合现场调查情况计,得到

现状道路技术状态评定表,如表 1 所示。

表 1 现状道路技术状况评定表

起点桩号 终点桩号 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

从调查结果可知,旧路面状况良好,如图 3 所示。

经过综合评定,旧路面破损状况评定等级为优。

2023 年 11 期 总第 305 期 柳昌华·基于 OGFC - 5 超薄沥青罩面的乡村振兴公路改造设计研究 ·141·

(a) (b)

图 3 旧路面状况图

3 总体设计思路

本工程主要是对旧有道路进行改造,提升村容村

貌。 根据第 2 节中对现场实际情况的调查可知,本项

目的旧有道路现状情况较好。 从项目整体经济性、舒

适性和使用性能上考虑,道路改造采用沥青微罩面进

行铺设,采用新型的 OGFC 沥青混合料作为原材料。

由于旧路状态良好以及建设单位的建设要求,在进行

改造设计时,平面、纵断面和超高加宽等设计均采用

原有指标,并根据原路线中心进行拟合。

3. 1 设计原则

(1)改造后的道路能够提供舒适、便捷和安全的

服务功能。 加铺方案应满足道路的使用功能要求,且

与旧有路面的具体特点相适应。

(2)应采用优质的新旧面层间的粘接材料,保证

路面之间的粘结强度,提供良好的抗剪切能力,以消

除紧急刹车等原因造成剪应力较大的危害。

(3)表面抗滑性,是道路设计应重点考虑的问

题。 应从沥青混凝土类型的选择、集料选择和混合料

级配设计着手,提高面层抗滑性能。

(4)具有较高的抗车辙和挤压破碎的高温稳定

性,不使车辙过深而影响行车安全。 特别是上面层,

在阳光直射下路面温度很高,应该选择抗车辙能力强

的上面层路面结构。

(5)旧沥青路面的罩面工程不能避免反射裂缝的

产生。 为此,须针对沥青路面罩面工程的具体特点,在

加铺层厚度有限的条件下,采用优质的性能优良的沥

青混凝土,并在路面结构设计中,采取适宜的抗反射裂

缝措施,可以有效减少反射裂缝的产生。

(6)线路自然区划及路床(旧路面)顶面回弹模量

也应重点考虑,本项目自然区划为浙闽沿海山地中湿区

Ⅳ-4,利用旧路面,直接加铺回弹模量不小于300 MPa。

3. 2 设计标准

根据工程项目的使用要求,拟定本项目的设计标

准如下:

(1)道路等级:四级公路Ⅰ类;;

(2)设计速度:15 km / h;

(3)路基宽度:6. 5 m;

(4)路面设计荷载:标准轴载 BZZ - 100;

(5)路面结构类型:沥青混凝土路面。

3. 3 路面结构设计方案比选

根据现有路面情况,可采用两种方案进行加铺,

具体如下:

(1)方案一

对旧路面进行拉毛清洗,在旧路面上加铺 1. 5 cm

厚的 OGFC - 5 沥青混凝土微罩面。 为保证加铺罩面

与旧混凝土路面之间的粘性,减少行车剪应力对沥青

加铺层的影响,旧有路面与加铺层之间,通过微罩面

专用粘层进行粘结。 为了保证行车路面标高的一致

性,在微罩面下设置集配微罩面调平层,具体结构形

式如图 4(a)所示。

(2)方案二

对旧路面进行综合处置后,加铺 6 cm 的 AC - 20C

中粒式沥青混凝土和4 cm 厚的 AC -13C 细粒式沥青混

凝土。 沥青混凝土之间通过粘油层进行粘接。 加铺的沥

青混凝土和旧混凝土路面之间通过 1. 5L/ m

2

PC -2 乳化

沥青透油层处理,具体结构形式如图4(b)所示。

(a)方案一

(b) 方案二

图 4 路面结构设计方案

对以上两种结构设计加铺方案进行对比分析,对

比的情况如表 2 所示。

·142· 福 建 建 筑 2023 年

表 2 路面结构方案比较表

车道类型 方案一 方案二

行车道

1. 5cm 厚的 OGFC - 5 沥

青混凝土微罩面

4cm 细粒式沥青混凝土上

面层(AC - 13C)

6cm 中粒式沥青混凝土下

面层(AC - 20C)

每平方

米造价

197 元 400 元 ~ 450 元

优点

较好的契合现状道路状

况,工期短,施工便捷,对

现状交通影响小,社会效

益好。

与方案一相比有相对较好

抗反射裂缝能力。 整体施

工难度低。

缺点

与方案二相比容易出现反

射裂缝

与方案一相比加铺厚度厚,

路标抬升较多,城镇段人行

道、雨水口及检查井都需要

整改。 造价高。

从表 2 的分析结果可知,方案一较方案二,每平

方米造价便宜 53. 65% 。 由于现有的道路状态良

好,在效果一致,采用方案一经济效益更好。 由于工

程项目位于景区,早日开放交通,方便景区正常运

营。 相比于方案二,方案一施工工期短,只需针对旧

水泥路面病害处理、路面原纵、横缝灌缝处理,喷涂

粘层油后直接加铺罩面层,待温度降低至 40℃ 以下

后,便可开放交通,施工便捷,社会效益好。 另外,由

于沿线居民住宅与现状路面标高高差较小,考虑到加

铺后,路面标高不高于居民住宅,防止雨水倒灌,无法

加铺 9 cm ~ 10 cm 厚沥青路面。 综上,本项目采用方

案一进行现状道路的路面施工。

4 关键节点设计

4. 1 调平层设置

为了调整工程项目的路段标高,需设置对应调平

层,以使得相应工程的路面标高满足要求。 本项目调

平层设计按以下要求进行:当填高 > 1. 5 cm 时,设置调

平层,调平层材料与面层材料一致,施工时与 1. 5 cm

面层一并加铺,调平层厚度 = (填高 -0. 015)m。 由于本

项目周边建筑的基础底标高均不高,因此,在本项目进行

调平层设计时,沥青最大调平层厚度不宜大于1 cm。

4. 2 路面搭接过渡段设计

路面过渡段,主要是在起点或终点处的搭接、村

道与出入口处的搭接,具体搭接设计如图 5 所示。 考

虑到行车的舒适性,应保持新旧路面的标高一致,将

旧路面进行铣刨 1. 5 cm 后,再在上面铺设 1. 5 cm 厚

的 OGFC - 5 级配沥青混凝土面层。 设置 1m 长度,作

为与现状道路衔接的过渡段,降低高低落差感。 铣刨

的厚度向水泥混凝土板块另一侧递减。

图 5 界面处搭接

4. 3 加铺材料设计

由于微罩面混合料采用断级配或开级配,要求沥青

具有更好的粘结力和抗水性能,同时具有良好的施工和

易性,所以对沥青提出相应的指标要求。 特种改性沥青

为液体石油沥青,要求有较高的固含量,且蒸发后沥青有

较高的弹性和柔韧性,而不同于国内典型改性沥青的指

标。 特种改性沥青必须满足表3 要求。

由于微罩面的超薄特性和开级配的特点,要求粘

结防水层有更好的粘结特性和抗水特性,又需满足机

械喷洒的施工性能,更为重要的是该材料可以采用分

步施工工艺,即先喷洒该专用粘结层材料,然后摊铺

温拌混合料,要求该材料与原路面具有极强的粘结

力,同时不被二次施工设备破坏。 微罩面专用粘层采

用添加有机硅活性剂及助溶剂的改性沥青,微罩面专

用粘层材料必须满足表 4 的要求。

表 3 微罩面特种改性沥青性能指标

实验项目 单位 要求 实验方法

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

延度 5℃ ,5cm/ min cm ≥60 T 0605

软化点 TR&B ℃ ≥80 T 0606

运动粘度 135℃ Pa·s ≤3

T 0625

T 0619

60℃动力粘度 Pa·s ≥50000 T 0625

闪点 ℃ ≥230 T 0611

溶解度 % ≥99 T 0607

弹性恢复 25℃ % ≥60 T 0622

储藏稳定性试验,24h % ≤5 T 0656

质量变化,不大于 % ± 1 T 0604

残留延度 5℃ , 5cm/ min cm ≥35 T 0604

软化点 ℃ ≥52 T 0604

粘韧性 N·m ≥20 T 0624

韧性 N·m ≥15 T 0624

2023 年 11 期 总第 305 期 柳昌华·基于 OGFC - 5 超薄沥青罩面的乡村振兴公路改造设计研究 ·143·

表 4 微罩面粘层材料性能指标

实验项目 单位 要求 实验方法

粘度,25℃ mPa·s 50 ~ 150 T 0625

储藏稳定性试验,24h % ≤0. 5 T 0656

筛上剩余量试验,0. 3mm,25℃ % ≤0. 1 T 0652

表干时间 h ≤0. 5 T16777

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

溶解度,三聚乙烯 % ≥99. 0 T 0607

4. 4 排水方案设计

根据现场踏勘调查,本项目沿线原有排水系统可

满足排水要求,因此,本次利用现有的排水系统。 将

现状沿线检查井进行调高更换,采用球墨铸铁井盖。

为了减缓检查井及雨水口周边的路面出现沉降,龟裂

破损,松动等病害现象,提高道路检查井的安全性与

耐久性,本次设计对排水检查井及雨水口进行加固处

理,具体做法如图 6 所示。

图 6 检查井加固示意图

图 7 路面抗裂缝措施

4. 5 路面抗裂缝设计

由于本次项目加铺厚度只有 1. 5 cm,因此需要采

取妥善的方式进行裂缝的控制。 本项目在旧路面裂

缝和构造缝处铺贴抗裂材料,以防止原有缝隙对加铺

路面的影响,具体铺贴方式如图 7 所示。 采用抗裂贴

进行铺设,抗裂贴采用自粘式抗裂贴,抗裂强度大于

35 kN/ m,松弛率小于 10,宽度为 50 cm。 为了控制沥

青路面的加铺厚度,在进行抗裂贴粘贴时,在交叉处

应断开,保持同一垂直面上单层铺设。 在进行抗裂贴

铺设时,应对损坏的路面进行修复,并且填封所有的

裂缝和构造缝。

4. 6 交通安全设施设计

路段现有交通标志标线设施较为完善,基本满足

现有的行车需求;路侧护栏主要有波形护栏、钢筋混

凝土护栏防护形式,基本满足防撞要求。 本次路面改

造后,需重新布设交通标线,局部转弯处增设警示

标志。

车道边缘线采用白实线,线宽 10 cm,车道边缘线

每隔 15 m 留出 5 cm 缺口,以利于排水。 路面标线分

别采用白色和黄色热熔型反光涂料,厚度为 2 mm;涂

料中应混合占总重量的 25% 的玻璃微珠;

标志版面中文字高 25 cm,采用Ⅳ类反光膜。 考

虑到项目所处地区较为潮湿,标志板全部采用铝合金

板材,厚度为 3 mm。 标志板滑槽采用铝合金热轧型

材,其性能应符合《一般工业用铝及铝合金挤压型

材》(GB / T 6892) 的有关要求。 交通标志的反光膜,

悬臂式采用《公路交通标志反光膜》 (GB / T 18833—

2012) 中的 III 类反光膜,单柱式采用《公路交通标志

反光膜》(GB / T 18833—2002)中的Ⅳ类反光膜。

5 路面实测检测

对本项目设计成果进行实际现场检验,检验的结果

如表5 所示。 从表中可以看出,本项目的设计方案具有

良好的透水性和抗滑性,使用性能符合建设单位对项目

建设的要求。 实际铺装后的效果图如图8 所示。

表 5 路面实测检测结果

编号

压实度

/ %

平整度合

格率/ %

摆值

BPN20

构造深度

/ mm

渗水系数

/ (mL·n

- 1

)

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

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

图 8 沥青铺装后效果

(下转第 153 页)

2023 年第 11 期

总第 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给水设计研究

朱飞建

(福州建功施工图审查有限公司 福建福州 350001)

摘 要:立足福州市既有建筑实际情况和既有建筑改造设计实践经验,分析既有建筑改造工程特点。 同时结合各地指

导文件相关规定,研究探讨既有建筑改造工程消防给水常见问题及设计要点,为解决既有建筑改造工程功能要求与消

防安全供水之间的矛盾提供对策,为消防给水改造工程设计提供具体思路。

关键词: 既有建筑;改造;消防给水设计

中图分类号:TU991 文献标识码:A 文章编号: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

作者简介:朱飞建(1981. 12— ),男,高级工程师。

E-mail:1031106521@ qq. com

收稿日期:2023 - 04 - 15

0 引言

随着城市发展更新,福州市需要对大量既有建筑

进行改造利用,通过业态功能升级,盘活空间、改善环

境、提升建筑品质,以满足社会生活需求,促进经济发

展。 为此,既有建筑的改造,正逐渐成为城市建设更

新的重要手段。

由于历史发展阶段的原因,许多既有建筑存在着

消防安全隐患多、改造执行现行标准难等问题。 为解

这些难点,国内各地根据现行规范内容,结合当地实

际改造经验,先后出台相应的细则、要点、指南、导则

等文件,如《重庆市建筑内部装修工程施工图消防设

计文件技术审查要点》 (征求意见稿) 、《上海市建筑

装饰装修工程施工图设计文件审查工作细则》 《南京

市既有建筑改造消防设计审查工作指南》 《北京市既

有建筑改造工程消防设计指南》 (2023 年版)、《合肥

市既有建筑改造消防设计及审查指南》 (试行)等,用

于指导既有建筑改造工程的设计、审查、验收和管理。

福州市及鼓楼区作为全国既有建筑消防审查试

点市县,福州市相关部门先后出台了《关于福州市空

置房产改造为公共服务设施的实施意见》 (试行)、

《福州市既有建筑使用功能正负面清单》 (试行);鼓

楼区相关部门也发布了《福州市鼓楼区既有建筑改造

防火设计导则》(试行)等相关指导性文件,为地方的

既有建筑改造提供了依据。 但由于既有建筑与新建

建筑有很大不同,其改造具有特殊性,且数量较多、功

能繁杂。 因此,如何科学设计,在既确保改造后建筑

消防供水的安全性和可靠性的基础上,又能满足改造

的经济性和合理性,仍存在不少亟待解决的问题。 下

面,从既有建筑改造工程特点入手,对既有建筑改造

的消防给水设计要点、常见问题进行分析研究,提出

相应技术措施。

1 既有建筑消防改造工程特点

既有建筑,指已取得房屋所有权或者使用权且交

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 总第 305 期 朱飞建·福州市既有建筑改造工程消防给水设计研究 ·145·

为整体改造、局部改造和内部装修改造。 研究和掌握

既有建筑的特点,可为后续既有建筑改造开展奠定基

础。 通过对福州市既有建筑消防改造工程分析,总结

出如下特点:

(1)存在消防安全隐患。 由于许多既有建筑建

设时间较久,当时社会经济、技术水平低以及建筑技

术标准要求相对较低、不完善等历史原因,管理不善,

年久失修,设施老化,部分既有建筑的消防功能不全,

存在较多消防安全隐患[1]

。

(2)原始设计、竣工资料缺失。 部分既有建筑由

于建造年代较久,建成时手续不全,原始资料缺失,缺

少规划报批、审查和竣工验收资料,部分工程图纸缺

失,仅有产权证明。

(3)功能改变,执行现行标准难。 既有建筑改造

工程,许多涉及到使用功能、承重结构、防火分区、疏

散设施变更,其中不少变更为营业性、人员密集场所,

存在用火用电负荷多等。 改造后,火灾因素增加,装

修格局的改变,档次的提升,导致消防技术方面的要

求提升。 但由于受现状客观条件的限制,消防水池、

消防水箱等不在改造范围内的既有建筑改造工程,执

行现行设计标准较难。

(4)改造对整栋建筑乃至周边环境和城市规划

产生影响。 改造工程类型同福州市社会经济发展密

切相关,以小型场所或局部改造居多。 通过对近几年

改造工程的不完全统计,改造项目类型,主要以教育

培训、歌舞娱乐、餐饮酒店、商业购物等小型场所为

主,大部分为 2014 年以前竣工投入使用的建筑。 这

类场所分布点多量大,人员密度高,可燃物多,管理不

到位,火灾隐患较大。 改造过程中,其它未改造区域

仍正常使用,因此,改造容易影响建筑整体使用,影响

相关利害关系人合法权益。 部分工程改造后的使用

功能与原功能不一致,引起整栋建筑性质的变化,影

响公共安全和生态环境。

2 既有建筑改造消防给水设计要点

既有建筑改造利用的对象是既有建筑,设计也应

从既有建筑客观实际情况出发,调查研究,分析评估,

聚焦消防整体安全,根据改造形式、既有建筑特点和

改造目标确定设计方案。 为此,需要对既有建筑改造

工程设计难点、要点进行分析归纳。

2. 1 基础资料的收集和调查研究

目前,既有建筑改造工程设计,尤其局部改造和

装修改造工程,普遍存在设计前缺乏调查研究和设计

基础资料的收集。 由于设计方案需依据调研实践为

基础,因此,这是既有建筑改造工程消防给水设计重

要的工作之一。

(1)现场调研,收集基础资料。 调查是否为合法

建筑、是否属于危房和违建建筑;调查周边室内外消

防状况和消防设施配置情况,消防设施是否可以正常

运行。 部分既有建筑经多次改造,实际现状使用功能

与规划审批时的使用功能是否不一致[2]

。 收集相关

资料,若无法得到设计基础资料,应现场实测消防设

施基本运行参数。

(2)改造工程应进行消防技术可行性评估。 功

能改变的既有建筑改造在项目决策实施前,应开展消

防安全评估[3]

。 经消防安全评估不具备消防设施改

造条件的,不宜开展后续设计及改造工作。 不少既有

建筑改造工程使用功能变更,规划已批复,开展消防

设计时,却发现消防水池、消防水箱无法满足现行规

范的要求,因此应当遵循先评估后改造的原则。

2. 2 明确消防设计技术依据

新旧消防技术标准适用问题,一直是既有建筑改

造工程消防给水设计的主要矛盾,也是最大的难点和

堵点。 特别是 2014 年以来,修订和增加的规范比较

多,其中国家标准《建筑设计防火规范》 (GB 50016—

2014)(2018 年版)、《消防给水及消火栓系统技术规

范》(GB 50974—2014) 等规范新增和修订了若干内

容。 对于改造工程,目前的技术依据,仅有国家标准

《既有建筑加固改造通用规范》 (GB 50014—2021)和

《建筑内部装修设计防火规范》 (GB 50222—2017),

以及各地发布的法律法规及消防设计标准,缺少专门

针对既有建筑改造工程的依据和指导。 既有建筑改

造工程非新建工程,有自己的特点规律,其和新建建

筑工程的设计差异是必然、客观的存在,因此,执行现

行规范有一定难度。 既有建筑改造工程也并非原有

建筑的重大变更,仅执行原有规范,难于满足当前消

防安全需求。 针对这些情况,目前国内各地开展既有

建筑改造工程专项研究,出台了相应的指南等文件,

作为既有建筑改造工程的设计依据。 福州市项目设

计,可参考《福州市鼓楼区既有建筑改造防火设计导

则》(试行)。

2. 2. 1 功能改变的认定

不同的建筑其功能和用途存在差异,业态也多种

多样。 部分既有建筑建造前的功能若发生改变,需要

进行功能的认定。 为此,各地出台了互换清单,免报

审清单,福州市有《福州市既有建筑使用功能正负面

清单》(试行)、鼓楼区具体可参照《福州市鼓楼区既

有建筑改造防火设计导则》 (试行)。 具体应结合规

·146· 福 建 建 筑 2023 年

划功能、用途、火灾危险性进一步综合判断。 消防上,

应以火灾风险是否增加来判定是否必须执行现行

规范。

2. 2. 2 功能不变的改造技术依据

国家标准《既有建筑鉴定与加固通用规范》 (GB

55021—2021)规定:“对于既有建筑改造项目(指不

改变现有使用功能),当条件不具备、执行现行规范确

有困难时,应不低于原建造时的标准”

[4]

。 住建部办

公厅《关于做好建设工程消防设计审查验收工作的通

知》指出,既有建筑改造利用不改变使用功能、不增加

建筑面积的,宜执行现行国家工程建设消防技术标

准,不得低于原建筑物建成时的消防安全水平。 上述

原建造时的标准,是指既有建筑原设计时所依据的设

计标准。 由于部分既有建筑的建造时间较早,有些甚

至是 20 世纪 70 年代的房子,当时设计依据的标准很

难确认,有些甚至是在消防技术标准尚未完善的情况

下建设而成。 部分既有建筑经过多次改造,最近一次

改造执行当时改造时的技术标准,且已消防验收合

格。 如果简单规定既有建筑改造依据原建造时的消

防技术标准,需要花费大量的工作来查找当年的依

据,无疑会增加工作难度。 若上一次改造已执行新一

版标准并已验收合格,再执行原建筑设计标准,也不

符合客观实际情况。 2002 年以前未经施工图审查的

既有建筑改造,若不具备执行现行规范条件,应以不

低于原设计标准且不降低建筑原有防火性能为底线。

功能不变的整体改造工程,应全部按现行规范执行,

局部改造工程改造区域应按现行规范执行。

2. 2. 3 功能改变的改造技术依据

按照国家标准《消防给水及消火栓系统技术规

范》(GB 50974—2014)第1. 0. 2 条解释,功能改变,属

于改建建设工程,应按新规范执行[5]

。 但是功能变更

有两种,一种是增加了火灾风险,需要提升消防措施。

第二种并未增加火灾风险,建筑防火上可认为功能改

变,但无需提升消防措施。

虽然防止大拆大建是当前形势下城市更新的原

则,也是既有建筑改造的重要前提。 但消防安全底

线,是任何时候都应坚守的,因此两者应协调统一。

功能改变,当客观条件限制,执行现行标准具有一定

难度时,应结合当地情况,普遍性与特殊性结合,根据

具体条件,将现行标准中部分条文要求进行适度放

宽,但应以不低于建筑原有防火性能为底线。 目前普

遍的解决措施有:

(1)具体工程具体分析,开展专家论证,但是无

疑工作量太大。 所以,各地陆续对改造过程中的普遍

性问题展开课题研究,出台指导意见,用于指导设计

实践。 大部分工程执行指导意见,少数指导意见无法

解决的工程,通过专家论证来解决。

(2)引入性能化设计的理念,通过补偿方式,整

体性地保证既有建筑改造后的防火性能。 性能化设

计理念具有客观性、实践性和系统性,主要用于不适

应现行技术标准的工程。

2. 3 消防给水设计对策和性能补偿措施

福州市相关部门目前暂未出台指导意见,结合各

地指导文件相关措施,功能改变,消防给水设计执行

现行标准有难度时,可采用执行现行规范与消防性能

补偿措施相结合的技术措施。

2. 3. 1 基本设计参数优化措施

现行消防设计标准,系根据相关规范设计参数和

我国近年火灾统计数据,考虑到可燃物多火灾荷载

大,实战灭火用水量较大,适当加大了商店等场所的

室内消火栓设计流量。 总体上,消防用水量随着社会

经济业态发展过程而变化,同一种功能建筑的室外消

防用水量现行标准,较原标准增加 5 ~ 10 L / S。

当增加水池容积有困难时,可依据国家标准《消

防给水及消火栓系统技术规范》 (GB 50974—2014)

第 3. 5. 3、6. 1. 5 条折减室内外消防用水量。 当与相

邻建筑签订共用消防水池协议,可折减室外消防用水

量。 优化喷淋管道布置,采用喷头间距沿水流方向渐

小布置,末端管径放大,小阻力配管,使水力条件达到

最优,可减少自动灭火系统,流量或自动喷水灭火系

统改为自动跟踪定位射流灭火系统,可减少自动灭火

系统流量约 15 L / S

[6]

。

2. 3. 2 消防水源设计优化措施

建筑原有消防水池有效水位的计算方法,可执行

建成时的消防技术标准。 泵房水池水箱不在设计范

围内,且无法改造,基于避免大拆大建考虑,建议采用

“老人老办法,新人新规矩”。 只按现行规范改造本

次设计范围内的内容,水池水箱等不具备改造条件,

可以参考《北京市既有建筑改造工程消防设计指南》

(2023 年版)解决思路,采取合理的技术措施和加强

使用管理等方面进行消防性能补偿。 已建消防水池

扩容补偿措施有:

(1)扩大池体面积

通常情况下,直接在已建消防水池上扩容面积较

为困难,可以通过在一层或者室外埋地增设一体化消

防水池,通过连通管连接已建消防水池的方式,增加

消防水池贮水容积,如图 1 所示。 施工周期短,整体

造价低。 若需增加消防水量仅为几十立方,也可以考

2023 年 11 期 总第 305 期 朱飞建·福州市既有建筑改造工程消防给水设计研究 ·147·

虑利用附近生活水池贮水给消防水池加压补水,作为

消防水池水量的补充。

图 1 增设消防水池简图

(2)增加有效水深

在结构条件和水池顶板上空空间高度允许的前

提下,将原有水池人孔抬高可提高消防水池最高水

位,吸水喇叭口改为设防止旋流器,可降低消防水池

最低有效水位 0. 4 m 左右。

(3)调整消防水池贮水用途

室内外合用消防水池改为仅贮存室内消防用水,

室外消防水池异地另行再设,可增加室内消防水池贮

水量,改造相对可行。

(4)第三供水水源补水。 福州地区室外普遍设

有市政给水管网供水,室外消火栓系统和室外消防水

池两套供水系统。 室外水泵接合器作为第三供水水

源,若其配置数量满足室内消防用水量供给需求,且

消防车可迅速到达,可以考虑不足水量由消防车从市

政给水管网供水,室外消火栓吸水,加压至水泵接合

器,向室内消火栓系统供水。

(5)消防用水适当放宽

①室外采用两路市政供水,可不设室外消防水

池。 改造项目根据既有建筑客观条件,适当放宽两路

供水的认定条件。 ②消防用水超过 500 m

3且已分为

两格,不足水量可考虑满足要求的备用水源(雨水清

水池、中水清水池、水景和游泳池) 作为室外消防水

源。 福州市区内河发达,可充分利用河水作为消防水

源,建设取水码头和取水栓。 图 2 为苏州同里内河取

水栓、福州陆庄河畔某社区简易消防泵房。 ③改造工

程在相邻建筑消防水池取水口保护范围内,有管网引

入条件,相邻建筑消防水池可作为备用,可与相邻建

筑签订共用消防水池协议,共用消防供水系统。 如某

幼儿园装修改造需新增 150 m

3室外消防水池,条件受

限无法新建,现场勘查发现该幼儿园位于邻近中学消

防取水口 150 m 保护范围内,经协商签订共用协议,

共用中学室外消防系统。

(6)两路供水减少贮水量

当原建筑设计无消防水池和泵房,新建有困难,

消防供水具备两路供水且火灾情况下可连续补水,可

依据 《 消 防 给 水 及 消 火 栓 系 统 技 术 规 范》 ( GB

50974—2014)第 4. 3. 4、4. 3. 5 条,设置消防水池。

图 2 河水取水图

(7)加强管理并采其它措施进行消防性能补偿

消防安全重在防,水量不足,可通过加强维护管

理,建设智慧消防管理平台,微型消防站,配备人员和

器材,强化消防安全检查和演练。 采取科学合理的技

术措施,推广应用现代化、智能化技术。 比如部分消

防设施先天不足,可通过增配灭火器,增设简易喷淋,

选用可以替代水的泡沫灭火剂,选用开花、喷雾射流

形式的消火栓等进行消防性能补偿,提升整体安全,

防范风险。

2. 3. 3 供水设施设计优化措施

供水设施改造主要涉及消防水泵、消防水箱和水

泵接合器等。 功能变更的局部改造,消防水泵、消防

水箱,水泵结合器若在改造范围内,应按现行消防技

术标准。 若水箱高度受限,可配置稳压设施。

(1)原有消防水泵工况能满足改造后流量和扬

程的,消防水泵在加强维护保养后,可以采用原有水

泵。 若用水量增加,扬程增大,不满足系统配置要求,

则应换泵。 例如商店建筑,现行规范室内用水量增加

5 ~ 20L / S,应考虑重新选泵。

·148· 福 建 建 筑 2023 年

(2)现行标准中,高位消防水箱储水容积有所提

高。 功能改变的既有建筑改造工程,面临消防水箱扩

容的问题。 目前可增加水箱储水容积的措施有:①若

原消防水箱为混凝土材质,通常贮水重量和混凝土水

箱自重比为 1∶ 1,原混凝土水箱可改为不锈钢水箱,

通过以混凝土水箱自重重量置换贮水体积。 ②结构

条件允许的情况下,在屋面同一高度的其他地方新增

不锈钢水箱,两个消防水箱设联通管,连通达到增加

储水容积。 ③早期既有建筑屋面设有消防生活共用

供水水箱,生活供水可在底层新设生活水箱,改为变

频供水,将屋面共用水箱改为消防水箱。 某多层综合

楼改造,原建筑未设室内消防系统,改造后功能变更,

需增设室内消火栓系统和屋面消防水箱,利用屋面原

20 t 生活水箱改造为 18 t 消防水箱。 ④可采取结构

补强的措施,通过对原消防水箱周边梁板的加固,满

足改造的水箱扩容达荷载要求,扩大水箱容积。

3 设计常见问题及解决办法

从目前既有建筑改造工程施工图审查情况来看,

既有建筑改造工程图纸质量尚存在下列问题:

(1)设计与原建筑情况不符

改造工程未以原建筑设计和现场实际情况为设

计依据,而是当做新建工程设计,系统设计参数与现

场实际情况严重不符。 设计前应现场调研,收集基础

资料,以既有建筑实际情况为设计依据。

(2)设计深度不足、设计措施不到位

设计说明缺工程概况、设计范围、原消防系统设

计参数等。 设计内容与原建筑设计衔接关系未交待,

规范适用版本错误。 图纸不全,缺消防系统图纸、缺

图例图示、部分系统预留二次装修等,改造阶段不应

有详二次设计的内容,除有特殊要求外,委托厂家设

计,不得指定生产厂、供应商。 功能变更涉及到消防

水池、水泵房、水箱、室外消火栓、水泵结合器未纳入

改造范围,未进行修改。 改造工程设计不同于原建筑

设计,当前较多存在套用原建筑设计标准,复制、引用

原建筑设计图纸等问题,设计技术措施应按改造实施

要求表达到位。 部分工程设计大量内容未表示,仅详

原建筑设计,原建筑设计和装修工程并非一家单位,

应交代清楚,特别是消火栓和灭火器系统。 若确实都

未改变,应明确交待,系统可不表示,但消火栓和灭火

器位置也应体现在平面图上,便于复核确认。 喷淋平

面图应套吊顶天花图,明确吊顶内净空高度,注明格

栅吊顶情况(通透比例、喷头布置、喷水强度),喷头

与风口、探头、灯具等安装距离应说明,中危险Ⅱ级以

上不应选用隐蔽式(吊顶型) 喷头。 消火栓箱体嵌

墙,管道穿楼板、隔墙等应有防火措施。 梳理总结各

类既有建筑改造工程消防给水设计要点,开展设计标

准化工作,统一设计深度和设计措施,是解决上述问

题,提高设计质量的有效办法。

(3)未处理好局部与整体的关系

建筑局部改造不得影响非改造部分的消防安全。

部分改造工程设计仅考虑本层,未考虑局部改造,影

响整栋大楼消防安全;仅考虑室内,未考虑室外;仅进

行末端消防设施调整,未考虑上下层以及整体系统

(水池、水泵、水箱)改变对建筑消防安全的影响。 屋

面增加消防水箱和消防稳压设备应复核结构荷载。

喷头布置调整,应复核报警阀控制喷头是否超过 800

个,末端试水位置是否需要调整。 部分工程商业网点

打通,面积超过 300 m

2

,变为组合建筑,影响建筑性

质。 喷淋危险等级不但要考虑本次设计,还要考虑改

造后,建筑整体喷淋危险等级的改变。 消防给水是一

个系统,局部改造应复核对上下游系统的影响,保证

整体建筑安全。

4 结语

既有建筑改造工程消防给水设计的难点,在于满

足现行规范。 通过分析既有建筑改造工程特点,总结

实际工程经验,结合理论依据和城市更新原则,以确

保不降低原建筑消防安全水平为原则,抓住安全性和

经济性的主要矛盾,提出先调查研究,再明确技术依

据,最后根据改造工程实际情况,选择执行现行规范

与消防性能补偿措施相结合的总体设计思路。 既有

建筑改造工程消防给水设计应从客观情况出发,鼓励

改善、提升,充分利用新技术、新设备,加强消防性能

补偿,统筹考虑安全性和经济性,确保既有建筑改造

工程整体消防安全。

参 考 文 献

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筑,2013(04):28 - 32.

[2] 张荣良. 既有建筑装修改造工程消防设计审验工作存在

问题浅析[J]. 福建建设科技,2022(06):118 - 120.

[3] 黄晓琼. 既有建筑改造的可行性综合评估方法应用研究

[J]. 福建建筑,2023(05):143 - 146.

[4] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 既有建筑鉴定与加

固通用规范:GB 55021—2021[ S]. 北京:中国计划出版

社,2021.

[5] 中华人民共和国住房和城乡建设部,中华人民共和国

国家质量监督检验检疫总局. 消防给水及消火栓系统

技术规范:GB 50974—2014 [ S]. 北京:中国计划出版

社,2014.

[6] 万明亮,周甦. 既有建筑改造消防水系统设计探讨[ J].

给水排水,2021,57(S1):313 - 315.

2023 年第 11 期

总第 305 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 11·2023

Vol·305

细水雾灭火系统实践探究

陈超生

(福建省建筑设计研究院 福建福州 350001)

摘 要:细水雾灭火系统,是用水作为灭火剂,在较高压力作用下,由细水雾喷头喷出细水雾,进行灭火或控火的自动

灭火设施。 它可以替代洁净气体灭火系统所能应用的部分场所,又因为用水量小,还可以替代传统自动喷水灭火系统

中对水量、水渍损失等有要求的场所。 为此,结合具体工程实例,对细水雾系统在实际工程应用中的设计思路与设计

要点进行系统分析探索,供同行参考。

关键词: 细水雾灭火系统;气体灭火系统;数据机房;档案库房

中图分类号:TU998. 1 文献标识码:A 文章编号: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

作者简介:陈超生(1989— ),男,工程师。

E-mail:447679674@ qq. com

收稿日期:2023 - 03 - 07

0 引言

自 1996 年 NFPA 美国消防协会颁布了细水雾规

范( NFPA 750, STANDARD ON WATER MIST FIRE

PROTECTION SYSTEMS)以来,细水雾灭火系统在国

外已经成功应用多年。 我国于 2000 年引入细水雾灭

火技术,次年中国公安部消防局发布了《关于进一步

加强哈龙替代品及其替代技术管理的通知》 (公消

〔2001〕217 号),为细水雾系统作为消防灭火系统产

品的使用提供了依据。 国内经过多年的研究与探索,

颁布了《 细水雾灭火系统技术规范》 ( GB 50898—

2013),将细水雾系统应用技术相关内容纳入了相关

国家规范及标准,明确了其各项技术标准及应用要

求,为建筑物内自动灭火系统设施新增了一个可靠的

形式。

1 细水雾系统简介

细水雾灭火系统由供水装置、过滤装置、控制阀、

细水雾喷头等主要组件和供水管道组成。 水在设计

工作压力下,经喷头喷出,并在喷头轴线下方 1. 0 m

处的平面上形成直径 Dv0. 50 小于 200 μm,Dv0. 99 小于

400μm 的水雾滴,称之为细水雾[1]

。 细水雾灭火系统

通过吸热冷却、隔离热辐射、快速窒息、冲击乳化等,

达到灭火目的。 细水雾形成时,产生大量的水雾滴,

水雾滴热交换面积大、汽化速度快,能有效降低火场

温度,有利于人员逃生与人工灭火。 同时,其能形成

吸热屏障,遮断热辐射的传递,抑制火灾蔓延。 起火

处的水雾滴汽化更加迅速,汽化后体积会迅速膨胀为

原来的 1700 多倍,使氧含量急剧减少,包围火焰,令

其窒息。 这种火焰区域局部窒息,相对于气体灭火的

全室窒息,对人没有危害。 空气中的水雾滴同时会吸

附火灾时产生的烟气,让人员逃生时不会吸入过量小

颗粒污染物,避免烟气伤害。 根据细水雾的灭火机理

可知,产生的水雾滴粒径越小,意味着更大的热交换

·150· 福 建 建 筑 2023 年

面积和更短的汽化时间,灭火的效果也越好。 大部分

的雾滴在空中汽化,所以产生的水渍也很小,电气绝

缘性好。 当系统工作压力大于等于 3. 5 MPa 时,一般

称之为高压细水雾。 细水雾灭火系统是一种节能减

排、绿色环保的自动灭火设施,但它的缺点是初期投

资较高,对系统高压管道的施工工艺水平要求高,不

适用于扑救可燃固体的深位火灾、能与水发生剧烈反

应或产生大量有害物质的活泼金属及其化合物的火

灾、可燃气体火灾。 细水雾灭火系统设计中,主要应

用在不宜用水喷淋灭火的重要区域,并在规范允许的

范围内,根据保护对象的功能和火灾特点,替代气体

灭火系统。 以下就实际工程案例,分析探讨实际工程

设计中自动灭火系统的选择与设计。

2 项目概况

本项目为某高校一类高层综合楼,本楼设置了数

据存储与备份中心、科研资料室、教学科研等功能。

其中高压配电室、变电所位于一层,共 2 间;科研资料

室位于二、三层,两层共 7 间;数据存储与备份中心位

于四、五层,两层共 4 间。 高压配电室及变电所为本

楼服务,科研资料室为高校档案处存放科研资料与纸

质档案使用,数据存储与备份中心为高校核心数据中

心。 根 据 国 家 标 准 《 建 筑 设 计 防 火 规 范》 ( GB

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

要求,A、B 级电子信息系统机房内的主机房和基本工

作间的已记录磁(纸) 介质库和其他特殊重要设备

室,应设置自动灭火系统,并宜采用气体灭火系统,同

时也可采用细水雾灭火系统。 参考国家标准《数据中

心设计规范》(GB 50174—2017)13. 1. 2 及 13. 1. 3 条

规定,A、B、C 级数据中心的主机房宜设置气体灭火

系统,也可设置细水雾灭火系统[2]

,行业标准《档案馆

建筑设计规范》 (JGJ 25—2010)6. 0. 6 条规定,特级、

甲级档案馆中的特藏库和非纸质档案库、服务器机

房,应设惰性气体灭火系统。 特级、甲级档案馆中的

其他档案库房、档案业务用房和技术用房,乙级档案

馆中的档案库房可采用洁净气体灭火系统或细水雾

灭火系统[3]

。 因此,本工程计划在高压配电室、变电

所、科研资料室、数据存储与备份中心等区域,分别设

置气体灭火系统或细水雾灭火系统。

3 自动灭火系统的选用

气体灭火系统作为常用的自动灭火方式,广泛应

用于此类场所中,主要包括 IG541 和七氟丙烷气体灭

火系统。 气体灭火的优点是,释放后,会在大气中完

全汽化,不会在物体表面留痕,同时不具导电性,在灭

火时不会损坏电子、纸质文档、精密设备等贵重物品。

其缺点,气体在超过一定浓度后会对人产生伤害,灭

火时不能抑制烟尘对灭火对象的损害。 而且气体灭

火系统在使用一定年限后,就需要更换药剂、检测钢

瓶,后期维护费用较高。 其中七氟丙烷属于温室气

体,目前在发达国家已经慢慢开始限制使用[5]

;而

IG541 气体灭火系统因为系统要求压力等级高,所以

系统造价昂贵。 同时,因为其设计灭火浓度较高,所

以,保护相同体积的防护区时需要的药剂、储瓶数量

也多,通常需要用比较大的面积存放钢瓶。 通过走访

考察设置高压细水雾灭火系统的同类型建筑,目前的

运维情况良好。 考虑到保护场所的使用面积紧张、高

校后勤人员对消防专业知识方面认识的不足,及学校

后勤维保费用十分有限的情况,本工程上述场所考虑

在一次建设投资允许的情况下,采用高压细水雾灭火

系统。

4 确定细水雾系统类型

细水雾系统按照流动介质类型来分,分为单流体

介质系统和双流体介质系统;按供水方式来分,分为

泵组系统与瓶组系统;按照动作方式来分,分为开式

系统与闭式系统;按照应用方式分,可分为局部应用

系统和全淹没应用系统[4]

。 实际工程中,细水雾灭火

系统是上述几种分类的组合。 双流体细水雾灭火装

置是向细水雾喷头分别供给给水和雾化介质(比如:

空气)的细水雾装置,目前极少使用,单流体细水雾灭

火装置是目前主流形式。 由于瓶组式细水雾灭火装

置只能应用于开式系统,单个防护区保护体积很小

(不超过 260 m

3

)。 鉴于楼内的防护区数量多,体积

大,所以考虑使用泵组系统。 根据国家标准《细水雾

灭火系统技术规范》第 3. 4. 3 条规定,闭式系统的作

用面积不宜小于 140 m

2

;每套泵组所带喷头数量不应

超过 100 只[1]

。 在工作压力不小于 10 MPa 的情况

下,100 只喷头,实际最多只能保护 900 m

2 的面积。

当超出此面积则要设置多套泵组系统,不仅占用大量

面积,也极大增加了建设成本。 所以,100 只喷头的

规定严重限制了闭式系统在实际工程中的应用,此条

文的限制条件颇有争议。 虽然在后续的讨论中,部分

专家给出“闭式细水雾灭火系统一个分区控制阀控制

的喷头数宜为 100 只,每根配水干管(竖管)所保护的

总面积不宜超过 5000 m

2

(或 500 只喷头),一套泵组

的保护范围不宜大于 10 000 m

2或保护喷头数量不超

过 1000 只”的建议[6]

。 但是考虑到湿式管道在被保

2023 年 11 期 总第 305 期 陈超生·细水雾灭火系统实践探究 ·151·

护场所有渗漏的风险,而且标准中已明确其是“应”

的条文,因此暂时不考虑运用在本工程中。 再根据国

家标准《 细水雾灭火系统技术规范》 ( GB 50898—

2013)3. 1. 3 条规定:液压站,配电室、电缆隧道、电缆

夹层,电子信息系统机房,文物库,以及密集柜存储的

图书库、资料库和档案库,宜选择全淹没应用方式的

开式系统[1]

。 初步确定,本工程此类场所选择采用全

淹没应用方式的开式系统。

5 确定细水雾系统分区

本工程防护区域共有 13 个,分别位于建筑物的 1

~ 5 层。 防护区应按照国家标准《细水雾灭火系统技

术规范》第 3. 4. 5 条“采用全淹没应用方式的开式系

统,其防护区数量不应大于 3 个。 单个防护区的容积

对于泵组系统不宜超过 3000 m

3

,当超过单个防护区

最大容积时,宜将该防护区分成多个分区进行保

护[1]

”的相关要求,进行组合分配。 若按照规范执行,

13 个分区需要配套设置5 套泵组,十分不经济且不合

理。 对于防护区的划分,规范组在回函相关单位的回

复意见中给予了明确的答复。 回复函“关于细水雾灭

火系统防护区等问题的复函” 的主要内容,为“防护

区是能够满足系统应用条件的有限空间。 在房屋建

筑内,防护区一般是一个防火分区中不大于所在防火

分区的一个相对封闭的空间。 如经济技术等条件允

许,可以将相邻数个设备用房作为一个防护区,但一

个防护区内的设备用房数量不宜大于 8 个,并应符合

本规范第 3. 4. 5 条的规定。”上述规定明确了:①防护

区不应跨越防火分区;②每个防护区内的保护区数量

不超过 8 个;③系统流量应能满足防护区流量设计要

求。 由于本工程同一楼层内的被保护区域均位于一

个防火分区内,所以本工程以层为单位,设置 5 个防

护区,配套设置两套泵组系统。

当喷头的工作压力达到 10 MPa 时,高压细水雾

的供水泵需要采用九柱塞高压柱塞泵,造价较高并且

高压管道的建设成本及技术要求也很高。 因此,喷头

工作压力采用 10 MPa 的高压细水雾系统,造价比较

昂贵。 根据国家标准《细水雾灭火系统技术规范》表

3. 4. 4,除电子信息系统机房的喷头工作压力必须≥

10 MPa 外,以密集柜存储的资料库、档案库及油浸变

压器室等房间喷头的工作压力,可采用 1. 2 MPa < P

≤3. 5 MPa。 为降低建设成本,本工程除四、五层数

据存储与备份中心采用喷头工作压力大于 10 MPa

的高压细水雾系统外,其余部分采用喷头工作压力

1. 2 MPa < P≤3. 5 MPa 的细水雾系统。一 ~ 三层共用

一套泵组,最不利点喷头工作压力不低于 1. 2 MPa;四、

五层共用一套泵组,最不利点喷头工作压力不低于

10 MPa。

在 2008 版的国家标准《电子信息系统机房设计

规范》 ( GB 50174—2008) 13. 1. 2、13. 1. 3 条文解释

中,对用于扑救电子信息设备的细水雾灭火系统的水

雾滴直径有具体要求:对于水渍和导电性敏感的电子

信息设备,应选用平均体积直径(Dv0. 50 )50 ~ 100μm

的细水雾,这种具有气体的特性。 虽然条文在新版的

国家标准《数据中心设计规范》 (GB 50174—2017)中

已删除,但是笔者还是建议,在采用高压细水雾保护

特别重要敏感的电子信息设备时,除应满足规范要求

外,还可参考此条在设计参数中对细水雾灭火系统动

作后水雾滴的粒径,进行额外要求。

6 细水雾系统设计简化流程及要点

(1)根据国家标准《细水雾灭火系统技术规范》表

3. 4. 4 的要求,在防护区内布置细水雾喷头。 在本工程

中,变电所及资料库喷头的最大布置间距为 2. 5 m,数

据中心喷头的最大布置间距为 3 m,按此要求对喷头

进行初步布置。 当一个分区中包括有地板夹层、吊顶

层与工作层时,虽然标准中有提出地板夹层内,宜选

用适用于低矮空间的喷头。 但因为此类喷头在低矮

空间内运行时,雾化效果并不好,且对系统造价影响

较大,所以,在与相关专业确认地板夹层与吊顶内敷

设的配电线路采用不燃材料套管或封闭式金属线槽;

保护、风管保温材料等采用不燃、难燃材料制作,在无

其他可燃物的情况下,地板夹层与吊顶内不另外增设

喷头保护。

(2)根据喷头设计流量计算公式 q = K 10P,用

单个防护区内喷头最大布置间距、最不利喷头工作压

力及系统最小喷雾强度,可计算出喷头所需流量系

数,并根据相关样本确定本防护区喷头 K 值。 以本工

程数 据 中 心 防 护 区 为 例, 喷 头 最 低 工 作 压 力 为

10 MPa,喷头最大布置间距为 3 m,系统最小喷雾强

度 0. 7 L / min·m

2

,代入公式可得 K = 0. 63。 根据行

业标准《细水雾灭火装置》 (GA1149 - 2014)要求,细

水雾喷头的公称流量系数应从 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 系列中选取。 因此,本防护区细水雾喷头 K 值,

可初步确定为 0. 5 或 0. 7。 若 K 值取 0. 5,则要重新

复核喷头的布置间距,以满足系统最小喷雾强度要

求,这样选择会导致喷头数量增加;若 K 值取 0. 7,则

应注意,喷头的最大布置间距也不应超过规范限制,

·152· 福 建 建 筑 2023 年

这样选择会导致实际喷雾强度偏大。 设计人应根据

防护区喷头布置情况综合考虑 K 值的取值大小。

(3)对防护区内管网进行水力计算,小于 DN20

的管道水损,采用达西 - 魏茨公式 Pf = 0. 2252

fL ρQ

2

d

5

计算。 以数据中心配水支管 DN15(内径 13. 8 mm),

喷头 K 取 0. 7 为例,通过计算出的雷诺数(Re = 21. 22

Qρ

dμ

≈1. 1 × 10

4

)与管道相对粗糙度(Δ =

ε

d

= 0. 003)。

查表得摩阻系数 f =0. 035,求得每米的 Pf =0. 0034 MPa。

对每段管道进行计算,通过计算出每个喷头点位的

供水压力,得出其喷头实际流量,从而进一步计算得

出防护区系统设计供水压力及系统的设计流量。 为

简化计算,配水主管宜设置为≥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 进行计算。

(4)根据系统流量及最不利分区的供水压力要

求,选择高压细水雾水泵,确定细水雾水泵的数量。

(5)细水雾系统的储水箱设计容积,应满足最

大防护区的用水量与持续喷雾时间需求。 本工程为

了节省设备用房空间,考虑两套系统合用一个储水

水箱,储水箱由市政供水,补水流量不应小于系统设

计流量。 由于柱塞泵的 NPSH 比较小且属于高压

泵,为了降低气蚀和水击的发生概率,确保系统的稳

定运行,本工程两套系统分别设置补水增压泵,为各

自系统的集成泵组供水,为柱塞泵提供一定的入口

压力(补水增压泵参数由柱塞泵样本确定) 。 补水

增压泵采用消防电源,按一级负荷供电,保证供水

安全。

(6)两套系统分别设置稳压泵(通常与泵组集成

设置),稳压泵流量不应大于系统中水力最不利点一

只喷头的流量,其工作压力应满足工作泵的启动要

求。 虽然规范只要求闭式细水雾系统的泵组应设置

稳压泵,没有对开式细水雾灭火系统提出明确要求,

但是,开式细水雾灭火系统同样宜设置稳压泵系统。

原因为:①稳压系统可以使分区控制阀到泵组之间的

管路保持一定的压力,有利于监测管路和阀门是否泄

漏;②如果没有稳压系统,所有管网都是处于放空状

态,水泵启动后,需要先排空分区控制阀到泵组之间

的管网空气,空气排放时间变长。 输送管路较长时,

更为明显;加上高压细水雾泵的启动时间较长,导致

很难满足设计响应时间不应大于 30 s 的要求;③设置

稳压系统以后,分区控制阀到泵组之间的管路,完全

类似于闭式细水雾系统,分区控制阀打开以后,稳压

泵不能维持管网压力,即使没有火灾报警联动系统的

启泵指令,细水雾控制柜也可以自动启动消防主泵

灭火。

(7)复核开式系统的设计响应时间,不应大于

30s,确定分区阀位置(为满足响应时间要求,分区阀

通常就近设置在防护区门口,分区阀处的泄放试验阀

排水不易设置固定管道排水系统。 因为细水雾灭火

系统试验水量较小,可考虑泄放试验阀排水时,用高

压软管将水排至临时水容器中,另行排放)。

最终本工程细水雾系统原理简图如图 1 所示。

图 1 细水雾系统原理简图

2023 年 11 期 总第 305 期 陈超生·细水雾灭火系统实践探究 ·153·

7 细水雾系统工作原理及控制

开式系统工作原理:在准工作状态下,从泵组出

口至分区控制阀前的管网由稳压泵,应维持压力

1. 0 ~ 1. 2 MPa,分区控制阀后为空管。 当管道压力下

降,管道压力低于 1. 0 MPa 时,稳压泵启动;当稳压泵

运行时间超过 10 s 后,管道内压力仍达不到 1. 0 MPa

时,主泵启动,同时稳压泵停止运行(不联动分区控制

阀,防止因除火灾外故障导致的启泵误喷放,仅作为

主泵联动启动辅助措施)。 发生火灾后,由火灾报警

系统联动开启对应的分区控制阀和主泵,喷放细水雾

灭火;或者手动开启对应的分区控制阀,同时手动启

动主泵,喷放细水雾灭火。

分区控制阀箱安装于每个防护区的进水管处,受

消防中心控制,向消防中心反馈信息。 细水雾灭火系

统与火灾报警系统联动,并有自动、手动和机械应急

三种控制方式。

8 设计思路及要点

在细水雾灭火系统设计中,首先,应该根据项目

特点,选择合适的细水雾灭火系统类型并制定合理的

系统分区,然后是喷头布置、喷头选型、水力计算、泵

组选型等工作。 同一个项目中,可根据防护区数量、

防护区体积、防护区位置等实际情况,灵活采用多种

细水雾灭火系统类型,使系统更可靠、更经济。

9 结语

细水雾灭火系统是绿色的消防技术,以自然界中

最常见的水为灭火剂,符合国家对节能减排,降低碳

排放,减少温室效应的大方针,应鼓励在合适场所广

泛应用。 由于此项技术在国内发展时间尚短,国家规

范及标准尚未完善,值得广大同行深耕研究。

参 考 文 献

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 细水雾灭火系统技

术规范: GB 50898—2013 [ S ] 北 京: 中 国 计 划 出 版

社,2013.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 数据中心设计规

范:GB 50174—2017[S] 北京:中国计划出版社,2017.

[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 档案馆建筑设计规

范:JGJ 25—2010[S] 北京:中国建筑工业出版社,2010.

[4] 湯麟. 高压细水雾灭火系统技术应用浅析 2017 年中国

建筑学会建筑防火综合技术分会年会暨第五届全国建

筑防火学术交流会[C]. 2017.

[5] 戴晶. 高压细水雾灭火系统在数据中心机房中的应用探

讨[J]. 建筑施工,2021(8):1676 - 1679.

[6] 刘激扬,郝爱玲,倪照鹏. 浅析闭式细水雾灭火系统喷头

数量的限制要求[J]. 给水排水,2015(2):76 - 79.

(上接第 143 页)

6 结论

本文结合东冲村乡村振兴公路改造设计案例,

根据周边环境、项目投资以及建设单位的建设目

标,对比两种方案,最终采用加铺 1. 5 cm 的超薄沥

青混凝土微罩面的设计方案。 该设计方案经过现

场实际项目检验,具有良好的使用性能。 通过对

OGFC - 5 沥青微罩面设计的实践与研究,得出以

下几点结论:

(1)本项目采用 1. 5 cm OGFC - 5 沥青微罩面加

铺方案,满足规范和使用性能要求,并且取得良好的

使用效果。

(2)沥青微罩面工程抗反射裂缝能力,仍需要进

一步提高。 在项目设计条件允许的情况下,可在后续

工程实际应用中,考虑设置应力吸收层等措施,保证

路面结构的抗裂能力。

(3)OFGC - 5 沥青微罩面技术可在同类乡村振

兴项目进一步推广利用。

参 考 文 献

[1] 刘彦随,严镔,王艳飞. 新时期中国城乡发展的主要问题

与转型对策[J]. 经济地理,2016,36(07):1 - 8.

[2] 刘彦随,周扬,刘继来. 中国农村贫困化地域分异特征及

其精准扶贫策略[ J]. 中国科学院院刊,2016,31 (03):

269 - 278.

[3] 赵海林. 统筹城乡发展必须转变城市偏向发展战略. 中

国乡村发现,2010(2):24 - 27.

[4] 吴志勇. 道路沥青路面施工技术探微[ J]. 城市建筑,

2019,16(36):155 - 156.

[5] 王建华,赖益梁,郭成,等. 成型温度对 OGFC - 5 干法高

黏复合沥青混合料路用性能的影响[ J]. 南昌大学学报

(工科版),2023,45(01):59 - 64,102.

2023 年第 11 期

总第 305 期

福 建 建 筑

Fujian Architecture & Construction

No 11·2023

Vol·305

装配式双柱大悬臂预应力盖梁结构设计分析

李智灵

(福州市规划设计研究院集团有限公司 福建福州 350003)

摘 要:近年来,国家大力推行预制装配式桥梁结构建设,使预制装配式桥墩结构在国内新建城市高架桥中得到广泛

应用。 结合福州市新店外环路西段道路工程,探讨项目中装配式双柱大悬臂预应力盖梁的结构设计,并采用 MIDAS

CIVIL 软件,建立有限元模型,对该结构进行静力、动力特性分析,其计算结果均满足规范要求。 工程目前已顺利实施,

运营情况良好,验证了现有预制拼装技术的可行性和安全性,可为同类工程设计提供借鉴和参考。

关键词: 装配式;预应力盖梁;静、动力分析

中图分类号:TU99 文献标识码:A 文章编号: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

作者简介:李智灵(1990. 02— ),男,工程师。

E-mail:527422451@ qq. com

收稿日期:2023 - 03 - 16

0 引言

随着城市建设快速发展,交通拥挤、地少人多的

矛盾日益严重。 新建城市高架桥在保证桥上具有足

够的车道宽度的同时,还需要尽量节省桥下用地,满

足地面辅路的交通需求。 大悬臂预应力盖梁桥墩因

外观简洁美观、占地小、桥下空间大,正逐渐成为城市

新建高架桥的优选方案。

传统的现浇工艺需现场搭设支架,施工时间长,噪

声大,给地面交通带来较大影响。 近年来,国家大力推行

预制装配式桥梁结构,将主梁、墩柱、盖梁等构件采用工

厂化预制,运输至现场拼装,不仅能有效减少现场工作

量,缩短工期,还能降低施工期间对地面交通及环境的影

响,符合绿色发展的理念。 目前,装配式墩柱盖梁技术已

在国内多个项目中得到研究及应用[1 -2]

。

本文以福州市新店外环路西段道路工程中的高

架桥梁下部结构设计为依托,利用有限元分析软件,

对预制装配式双柱大悬臂预应力盖梁结构进行静、动

力计算分析,并分析介绍实际工程应用情况,为同类

型的项目起一定的借鉴意义。

1 工程概况

福州市新店外环路西段道路工程[3] 位于福州市

晋安区新店片区,项目起点接绕城高速公路古城互

通,终点接新店外环路东段杨廷互通,道路全长约

5040 m,为城市主干道,设计车速60 km / h。 项目地理

位置图如图 1 所示。

图 1 项目地理位置图

2023 年 11 期 总第 305 期 李智灵·装配式双柱大悬臂预应力盖梁结构设计分析 ·155·

本项目主线高架桥上跨秀峰路、象峰一路和山北

路延伸段后接杨廷互通,全长 1502. 2 m,标准跨径为

30 m ~ 35 m,标准宽度为25. 5 m,双向六车道布置,桥

梁荷载采用城 - A 级荷载。 其中,Z19 - Z44 段上部

结构采用钢板组合梁,下部结构采用预制装配式双柱

大悬臂预应力盖梁。 这是福建省首次在城市高架桥

中采用预制装配式桥墩结构,标准断面如图 2 所示。

图 2 高架桥标准横断面图

2 结构设计

本文以 3 m × 35 m 钢板组合梁桥下部结构(中间

墩)设计进行分析。 桥墩采用预制装配式双柱式大悬

臂预应力盖梁结构,因桥下布置有综合管廊,故双柱

横桥向间距设置为 10 m。 矩形墩柱截面尺寸为 1. 6

× 1. 6 m,角点处采用半径为 0. 2 m 的圆倒角,平均墩

高 8 m,基础采用 4 根直径 1. 2 m 的钻孔灌注桩,桩基

长度为 47. 85 m,持力层为中风化花岗岩层( 嵌岩

桩),墩柱与桩基之间设置有 2 m 厚的承台。 图 3 为

桥墩立面图。

图 3 桥墩立面图(单位:cm)

墩柱混凝土强度等级为 C40,纵向主筋采用 28

根直径 40 mm 的 HRB400 钢筋,墩柱采用整体预制,

不分段。

盖梁中心高度 1. 9 m,端部高 1. 002 m,横桥向宽

度 25. 2 m,顺桥向顶宽 2. 2 m,悬臂长度 7. 6 m。 盖梁

按 A 类预应力混凝土构件设计,混凝土强度等级为

C50,共布置 10 束规格为 15Φ

s

15. 2 的预应力钢束,分

两批次张拉。 单片盖梁重量约 220 t,体量较大,本次

盖梁采用分 2 段预制,预留 1 m 湿接缝现场浇筑拼

接,降低运输及吊装难度。 盖梁预应力钢束布置如图

4 所示。

图 4 盖梁预应力钢束布置图(单位:cm)

本项目预制墩柱与承台及盖梁均通过灌浆套筒

连接,其规格为 GTZQ4 40 型,设置在墩底及盖梁中,

连接示意如图 5 所示。

图 5 预制墩柱与盖梁、承台连接示意图

承台预埋纵筋及柱顶外伸主筋均为 40 cm,预制

墩柱与盖梁及承台拼接面均设置 2 cm 高强无收缩砂

浆垫层,其 28 d 抗压强度不小于 60 MPa。 灌浆连接

套筒使用高强无收缩水泥灌浆料,灌浆完成后,在接

缝处采用环氧砂浆进行密封处理。 图 6、图 7 为预制

墩柱、盖梁灌浆套筒安装示意图。

·156· 福 建 建 筑 2023 年

图 6 预制墩柱底灌浆套筒安装示意图

图 7 预制盖梁墩顶处灌浆套筒安装示意图

3 有限元分析

采用 Midas Civil 有限元软件建立桥墩盖梁计算模

型,盖梁、墩柱及基础均采用梁单元进行模拟。 由于上

部主梁支座间距较大,为了更好地模拟结构受力情况,

在盖梁顶采用虚拟横梁进行加载,桩基按地质情况设

置土弹簧模拟桩土作用。 图 8 为桥墩有限元模型。

图 8 桥墩计算有限元模型

施工工况根据实际施工工序进行划分:拼装下部

结构(含湿接缝)→张拉第一批次预应力钢束→架设

上部主梁→张拉第二批次预应力钢束→施工桥面系。

4 静力计算结果

国内外一系列试验和理论研究表明,预制装配式

混凝土桥墩采用灌浆套筒连接时,其结构的整体性能

与传统现浇结构类似[4]

。 因此在静力计算分析中,结

构建模分析时,采用与现浇结构相同的方法,忽略灌

浆套筒对结构截面强度、刚度的影响。

4. 1 盖梁短暂状况应力验算

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计

规范》 ( JTG 3362—2018) 中的规定(下文简称“公预

规”),A 类预应力混凝土受弯构件,在预应力和构件

自重等施工荷载作用下,截面边缘混凝土的法向应力

应符合下列规定:

压应 力: σ

t

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

17. 01 MPa;

拉应 力: σ

t

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

1. 39 MPa。

提取主要施工阶段计算结果,如表 1 所示。

表 1 施工阶段盖梁上下缘正应力

主要施工阶段

上缘/ MPa 下缘/ MPa

压应力 拉应力 压应力 拉应力

张拉第一批次钢束 9. 37 — 3. 40 1. 25

架设上部主梁 8. 27 0. 48 7. 80 —

张拉第二批次钢束 16. 08 — 7. 37 —

施工桥面系 15. 91 — 8. 79 —

由表中计算结果可知,预应力盖梁各施工阶段应

力均小于规范限值,满足设计要求。

4. 2 盖梁正常使用极限状态验算

根据“公预规”中的规定,A 类预应力混凝土受弯

构件,在持久状况正常使用极限状态下,结构截面应

力需满足以下规定:

频遇组合作用下,截面拉应力满足 σst -σpc≤0. 7f

tk,

准永久组合作用下,截面不出现拉应力;标准组

合作用下,正截面最大压力满足 σkc + σpt≤0. 50f

ck,斜

截面最大主压应力满足 σcp≤0. 6f

ck。

提取预应力盖梁计算结果,见表 2 及图 9、图 10。

表 2 正常使用阶段盖梁应力

荷载组合

跨中应力/ MPa 墩顶应力/ MPa 悬臂应力/ MPa

上缘 下缘 上缘 下缘 上缘 下缘

频遇组合 - 3. 43 - 6. 81 - 2. 19 - 8. 75

准永久组合 - 4. 49 - 7. 47 - 3. 36 - 8. 77

标准组合 - 5. 97 - 9. 92 - 4. 98 - 13. 03 - 15. 81 - 1. 63

注:表中“ - ”表示压应力,“ + ”表示拉应力。

2023 年 11 期 总第 305 期 李智灵·装配式双柱大悬臂预应力盖梁结构设计分析 ·157·

图 9 频遇组合盖梁正截面主应力图(单位:MPa)

图 10 标准组合盖梁斜截面主应力图(单位:MPa)

由上述图表可知,在频遇组合下,盖梁正截面均

为压应力,主拉应力为 0. 61 MPa < 0. 5f

tk = 0. 5 × 2. 65

= 1. 325 MPa;准永久组合下,盖梁正截面均为压应力;

在标准组合下,盖梁正截面最大压应力为 15. 81 MPa <

0. 5f

ck =0. 5 × 32. 4 = 16. 2 MPa,斜截面最大主应力为

15. 81 MPa < 0. 6f

ck = 0. 6 × 32. 4 = 19. 44 MPa,以上结

果均满足“公预规”中的要求。

4. 3 盖梁承载能力极限状态强度验算

基本组合下,盖梁计算结果如图 11 ~ 图 12 所示。

图 11 基本组合盖梁抗弯承载力包络图(单位:kN·m)

图 12 基本组合盖梁抗剪承载力包络图(单位:kN)

由图 11 ~ 图 12 可知,在基本组合下,预应力盖梁

抗弯及抗剪承载力,均满足“公预规”中的相关要求。

4. 4 墩柱抗力及裂缝验算

墩柱为钢筋混凝土偏心受压构件,提取墩柱截面

内力进行验算:

基本组合作用下,柱底截面内力 rMu = 3824 kN·m

< Mn = 9618. 8 kN·m;

频遇组合作用下,墩柱截面最大裂缝宽体 Wcr =

0. 181 mm < 0. 2 mm。 承载力及裂缝宽度均满足“公

预规”中的相关要求。

5 动力计算结果

5. 1 分析计算方法

工程所在地地震基本烈度为 7 度,地震动峰值加

速度为 0. 10 g,基本地震动加速度反应谱特征周期为

0. 45 s。 根 据 《 城 市 桥 梁 抗 震 设 计 规 范》 ( CJJ—

2011),本项目桥梁抗震设防类别为丙类,即在 E1 地

震作用下,墩柱应在弹性范围内工作,基本无损伤;在

E2 地震作用下,墩柱可产生弹塑性变形,耗散地震

力,但不产生严重的结构损伤。

本项目装配式桥墩,采用延性设计方法进行抗震

性能分析验算。 即在地震作用下,墩柱作为延性构

件,发生弹塑性变形,延长结构周期,耗散地震能量;

而盖梁、支座和基础等作为能力保护构件,保持弹性

或基本不发生损伤。

国内外已有相关理论及试验研究表明,采用灌浆

套筒连接的预制墩柱,其水平承载力、变形能力、刚

度、耗能能力等抗震性能,与传统现浇混凝土桥墩基

本相近[5]

,故本项目抗震性能的分析计算方法仍按照

现有的抗震规范执行。

5. 2 E1 地震作用下计算结果

根据《城市桥梁抗震设计规范》(CJJ 166—2011)

规定,一般情况下,城市桥梁可只考虑水平向地震作

用。 故本模型分别计算在 E1 地震作用下顺桥向及横

桥型的地震效应,并验算桥墩墩柱的强度,计算结果

如表 3 所示。

表 3 E1 地震作用下桥墩抗弯强度验算表

验算截面 弯矩方向

弯矩

(kN·m)

抗弯承载力

(kN·m)

左柱底 顺桥向 4662. 6 12 850

左柱底 横桥向 3832. 9 12 850

右柱底 顺桥向 4662. 8 12 850

右柱底 横桥向 3824. 7 12 850

由表 3 计算结果可知,在 E1 地震作用下,桥墩立

柱处于弹性范围内工作,满足现有规范要求。

5. 3 E2 地震作用下计算结果

根据《城市桥梁抗震设计规范》(CJJ 166—2011)

规定,在 E2 地震作用下,应先判断结构是否进入塑性

阶段。 先假设 E2 地震作用下,桥墩处于弹性状态,计

算其地震效应,并结合墩柱截面的弯矩曲率分析,以

此判断结构是否进入了塑性阶段,如表 4 所示。

·158· 福 建 建 筑 2023 年

表 4 E2 地震作用下桥墩是否进入塑性判定表

验算截面 工况

弯矩

(kN·m)

是否进入

塑性状态

左柱底 顺桥向最大弯矩 22 234. 2 是

左柱底 横桥向最大弯矩 18 310. 3 是

右柱底 顺桥向最大弯矩 22 235. 0 是

右柱底 横桥向最大弯矩 18 310. 5 是

经计算,在 E2 地震作用下,墩柱已进入塑性阶

段,需验算墩柱顶顺桥向和横桥向的位移。 装配式混

凝土桥墩存在接缝张开现象,最大曲率集中于接缝附

近。 破坏也主要集中在接缝附近,相较于现浇构件,

预制墩柱墩顶极限位移偏小,等效塑性铰长度较小。

因此,在等效塑性铰长度 Lp 的取值中,考虑 1. 5 的折

减系数。 墩顶位移计算结果如表 5 所示。

表 5 E2 地震作用下墩顶水平位移验算表

验算截面 验算方向

位移

(mm)

容许位移

(mm)

是否满足

要求

左柱顶 顺桥向 95. 179 318. 335 是

左柱顶 横桥向 47. 114 237. 121 是

5. 4 能力保护构件验算

本桥墩为双柱式框架墩,塑性铰区域位于墩顶和

墩底位置。 图 13 为塑性铰区域示意图,其 E2 地震作

用下抗剪强度计算结果如表 6 所示。

(a)横桥向 (b)顺桥向

图 13 墩柱塑性铰区域示意图

表 6 塑性铰区域抗剪承载力验算表 kN

验算截面 验算方向 剪力 抗剪承载力

左柱顶 顺桥向 1717. 1 5016. 6

左柱底 顺桥向 1717. 1 5016. 6

左柱顶 横桥向 3516. 7 4985. 7

左柱底 横桥向 3516. 7 4985. 7

右柱顶 顺桥向 1717. 1 5016. 6

右柱底 顺桥向 1717. 1 5016. 6

右柱顶 横桥向 4774. 4 4985. 7

右柱底 横桥向 4774. 1 4985. 7

经计算,墩柱塑性铰抗剪强度满足规范要求,表

中剪力值取值,为墩柱超强弯矩所对应的剪力。 在盖

梁、基础及支座等作为能力保护构件设计时,其弯矩、

剪力和轴力取与墩柱塑性铰区域截面超强弯矩所对

应的弯矩、剪力和轴力。 本文主要针对装配式墩柱及

预应力盖梁结构进行抗震计算分析,因此仅给出盖梁

的计算结果,其 E2 地震作用下抗弯及抗剪承载力包

络图,如图 14 ~ 图 15 所示。

图 14 盖梁正截面抗弯承载力包络图(单位:kN·m)

图 15 盖梁斜截面抗剪承载力包络图(单位:kN)

由上图可知,在 E2 地震作用下,预应力盖梁保持

弹性,抗弯及抗剪强度强度均满足规范要求。

6 结语

(1)预制装配式双柱大悬臂盖梁结构具有良好

的景观性,又可节约桥下空间,施工中具备工厂化生

产、装配化施工和信息化管理等优势,已逐渐成为城

市高架桥的发展趋势。

(2)结合福州市新店外环路高架桥中预制装配

式双柱大悬臂预应力盖梁结构的设计方法,以及静、

动力计算分析结果和工程应用情况,表明现有的预制

装配式桥梁技术是可行的,其可靠性、安全性可满足

使用要求。 文中设计思路和计算方法,可为同类型的

项目提供借鉴和参考。

参 考 文 献

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计关键技术研究[J]. 中国市政工程,2017(3):16 - 19.

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[3] 福州市规划设计研究院集团有限公司. 福州市新店外环

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