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淺析大跨度大空間建筑防火的對策

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淺析大跨度大空間建筑防火的對策

發布日期:2015-02-28 11:38 來源:http://sgprapplication.com 點擊:

  近年來,各地的大跨度、大空間廠房、倉庫等建筑逐漸增多。這些建筑為地方創造了巨大的經濟效益,但同時也發生了多起火災事故。本文通過對近年來大跨度大空間建筑火災案例的分析,針對該類建筑的特點及火災危險性,探討了其防火對策,從防火分區劃分、火災自動報警系統和滅火設施的選擇、防排煙措施、如何加強建筑鋼結構材料本身防火性能以及人員安全疏散等方面通過理論結合實踐的闡述,筆者提出了自己的看法和建議,旨在為日后的該類型建筑防火安全提供一些參考。 


  一、近年來大跨度大空間建筑火災案例的分析 


  2008年7月5日海南紅塔卷煙廠火災,過火面積約23200平方米,直接損失達4128.1萬元;2008年7月17日上海奉賢金匯鎮雷盛塑料包裝有限公司塑料車間火災,過火面積約4100平方米,直接損失達4100萬元,該起火災導致3人死亡9人受傷;2008年11月11日山東濟南在建實體中心火災,過火面積約1000平方米,直接損失不詳;2009年12月10日山東淄博山川醫用器材有限公司車間火災,過火面積約5000平方米,直接損失達452.56萬元;2011年11月8日安徽蕪湖經濟技術開發區一空調倉儲中心火災,過火面積20000平方米,直接損失上億;2012年4月9日廣東東莞建輝紙業有限公司火災,過火面積約30000平方米,直接損失上億;2012年4月19日江蘇常熟金像電子有限公司廠房火災,過火面積約3000平方米,直接損失上千萬。

  從上述案例可以看出,該類建筑一旦發生火災通常會引發大面積燃燒,不僅造成財產上的損失和嚴重的社會影響,也給消防部隊的滅火救援工作帶來許多新情況、新問題。為此,近年以來,消防部隊紛紛開展大跨度大空間建筑的滅火救援專項行動,研究該類建筑的火災撲救戰略;公安部消防局也開展了打造消防鐵軍活動,喊響了“堅持1小時,縱深100米”的口號。

  在這種嚴峻的形勢下,如何做好該類建筑的防火工作是防火工作者值得深思的問題,筆者認為在現有規范沒有對該類建筑提出明確防火要求的情況下,性能化設計是當前解決該類建筑防火問題的最佳辦法。 


  二、大跨度大空間建筑特點 


  (一)單層面積大、跨度大、層間高。一般跨度在60米以上,其結構形式主要包括網架結構、網殼結構、懸索結構、膜結構、薄殼結構等五大空間結構及各類組合空間結構。譬如南京祿口機場二期工程航站樓,東西長252米,南北長212米,地上3層,總建筑高度為38.25m,總建筑面積23萬m2。 


  (二)承載能力強,主要承重構件為鋼材。一些大型廠房、倉庫采用輕型屋頂及墻體結構,頂棚由彩鋼板和保溫材料等組成;墻體結構有的是鋼柱作支撐,彩鋼板、保溫材料和內飾材料構成,還有的用空心磚填堵;也有主體是磚混結構,房頂是鋼結構。 


  (三)內部結構復雜,火災荷載大。因為生產需要,廠房內部結構往往錯綜復雜,一些車間(倉庫)內存放大量可燃易燃的成品半成品材料,增大了火災荷載,使火勢蔓延速度加快。 


  (四)人流量大,人員組成多元化。一些大跨度大空間建筑,諸如航站樓、會展館等建筑的使用功能決定了其人員組成復雜,有老人和小孩,也有外賓,人員有的行動不便,有的對建筑的疏散出口、路徑等不熟悉。


  (五)滅火設施不齊全。由于現有規范沒有提出該類建筑的防火要求,大部分建筑為了滿足功能要求,往往輕視消防設計,埋下了極大的安全隱患。特別是一些工業廠房(倉庫),在消防設施沒有到位的情況下就擅自投入使用,之后也不進行整改,留下了永久性的消防設計缺陷。 


  三、大跨度大空間建筑火災危險性 


  (一)鋼結構部分在高溫下強度迅速降低,導致建筑物局部倒塌。鋼結構材料在未進行防火處理的情況下,其本身不會起火燃燒;但當溫度超過350℃,強度開始大幅度下降,在500℃時約為常溫時的1/2,600℃時約為常溫時的1/3。一般火場溫度可達到800-1000℃。在這樣高的溫度下,裸露的鋼結構會很快出現變形,產生局部破壞,造成鋼結構整體倒塌。普通鋼結構一般在發生火災后15分鐘左右就會喪失承重功能而垮塌。 


  (二)可燃物多,火勢蔓延迅速。大跨度鋼結構廠房規模大,建筑結構連體成片,生產機器設備密集,人員和物品高度集中,廠房內生產使用的原料和成品大多屬可燃物,有的還屬于易燃易爆品,甚至是有毒的化學物品,如制衣廠的布匹、紡織廠的棉花、印刷廠的紙張電纜廠的橡膠、化工企業的爆炸性物質等。加之沒有有效的防火分隔,門窗多,通風好,一旦發生火災,蔓延途徑多、火勢蔓延快、燃燒猛烈,在熱氣流的作用下,很快形成大面積火災。 


  (三)人員疏散和火災撲救困難。大跨度的鋼結構建筑發生火災,火勢很快發展到猛烈階段,建筑內燃燒物發煙量大,且煙氣大多帶有毒性,由于面積大、結構復雜,人員距離疏散口較遠,被困人員很容易中毒窒息,疏散較為困難。在實施滅火時,由于跨度大,滅火人員難以深入內部進攻,火災在撲救時由于水槍射流的沖擊冷卻作用,使塌落彎曲的鋼結構構件強度降低,容易加速建筑倒塌,造成二次破壞。 


  四、大跨度大空間建筑防火對策 


  (一)合理劃分防火分區。大跨度大空間建筑單層面積大,有的達到了幾十萬平方米。這些建筑因為使用功能的需要,往往難以劃分防火分區。我國的《建筑防火設計規范》(GB50016-2006)第3.3.3規定:當丁、戊類的地上廠房內設置自動滅火系統時,每個防火分區的最大允許建筑面積不限。因成套設備生產線的工藝要求,從生產管理的角度,一些業主為了不影響生產,通過設置自動滅火系統來獲取無限的防火分區面積。而部分鋼結構廠房在申報消防審核和驗收時的火災危險性是丁戊類,實際上由于廠房內存有可燃物,火災危險性達到了丙類,因此需要根據丙類廠房的要求劃分防火分區。再如一些大型體育館,比賽場地的面積達到了上萬平米,加上連通的觀眾席區域面積超過了20000m2,之間無任何防火分隔,而有時這類場所會承擔一些大型演唱會活動,舞臺上會出現大量可燃物和易燃易爆品,大大加大了火災發生的概率,如不采取有效的防火分隔,一旦發生火災,就會引起人員恐慌,造成大面積群死群傷。對于大跨度大空間建筑的防火分區,在現有規范沒有作出具體規定的情況下,通常采用性能化設計進行劃分,對建筑內火災荷載大的部分用防火隔墻、分隔水幕等實現分隔,剩下火災荷載小的大空間不再進行防火分隔。 


  (二)正確選擇火災自動報警系統和自動滅火設施。1、正確選擇火災自動報警系統。


  根據《火災自動報警系統設計規范》(GB50116-98)7.2.1規定,火災探測器的選擇應符合房間高度的規定。譬如單層輕鋼結構車間的高度大多遠超過12m,有些甚至超過了20m,由于在頂部的煙氣溫度、濃度均不足以啟動火災探測器,即使探測器啟動,火災早已發展到相當大的規模,失去了早期報警的意義。因此普通的點式感煙和感溫探測器無法正常發揮作用。針對此特點,應采用紅外光束火災探測器、光截面式圖像探測器、空氣采樣式等適合于大空間的火災探測器。為了實現快速早期報警,必須合理地設置探測器的布置間距和高度,探測器的間距應小于煙氣羽流上升到其安裝高度時的直徑。一些會展類建筑通常設置了很多電子設備,對于電器、電纜等應合理選擇纜式感溫探測器等相應的設施,從而實現早期快速報警的目的。2、正確選擇自動滅火設施。根據《自動噴滅火系統設計規范》(GB50084-2001)(2005年版)第5.0.1條規定,民用建筑和工業廠房室內凈空高度超過8m的大空間建筑物,在其頂板或吊頂下可不設噴頭。因為超過8m的上空,煙氣的溫度不足以啟動閉式噴頭。而大空間區域如不設置自動滅火設施,就不能實現早期滅火,火災就會蔓延擴大。針對這種情況,可以采用開式雨淋系統,一經火災探測器發出火災報警信號,可以在消防控制室手動啟動系統噴水,從而實現對火災的早期控制。


  (三)采取有效的防排煙措施。在特定的建筑空間中,火災產生的煙氣越多,煙氣下降的速度越快。煙氣的沉降率與火源規模和建筑的面積大小有關。建筑空間越大,其蓄積的煙流越多,沉降的速度就慢。這容易給人產生一種誤解——大空間建筑的蓄煙能力強,人員不易受到煙氣的侵害。其實不然,根據《建筑防火設計規范》(GB50016-2006)第9.4.2條規定:需設置機械排煙設施且室內凈高小于等于6.0m的場所應劃分防煙分區。大跨度大空間建筑的凈空高度遠超過了6m,從而不進行防火分區的劃分,一旦發生火災,產生的煙氣將會充斥整個建筑的上空,造成煙霧彌漫的視覺效果。大空間的建筑多采用自然采光,煙霧彌漫不僅降低了火場的能見度阻礙人員疏散,而且會造成逃生人員的恐懼心理,易發生擁擠、踩踏事故。因此,必須采取行之有效的防排煙措施,進行性能化設計,通過計算機模擬火場情景合理選擇防排煙方式以及排煙口的設置位置和數量等。 


  (四)加強鋼結構防火保護。鋼結構防火保護方法可以綜合概括為四種:外包層、充水法、屏蔽法、涂刷防火涂料。一是外包層。就是在鋼結構外表添加外包層,可以現澆成型,也可以采用噴涂法。噴涂法可以在施工現場對鋼結構表面涂抹砂漿以形成保護層,砂漿可以是石灰水泥或石膏砂漿,也可以摻入珍珠巖或石棉。二是充水法。充水法是在空心封閉截面中充滿水,火災時構件把火場吸收的熱量傳給水,當水溫達到100℃,水份開始蒸發,依靠水的蒸發消耗熱量或通過循環把熱量導走,從而使構件溫度維持在較低水平。為防止鋼結構生銹,須在水中摻入專門的防銹外加劑,冬天還須加入防凍劑。三是屏蔽法。鋼結構設置在耐火材料組成的墻體或頂棚內,或將構件包藏在兩片墻之間的空隙里,只要增加少許耐火材料或不增加即能達到防火的目的。四是防火涂料。鋼結構采用防火涂料作保護構件,具有防火隔熱性能好、施工不受鋼結構幾何形體限制等優點,一般不需要添加輔助設施,且涂層質量輕,還有一定的美觀裝飾作用,但對于涂料的涂刷厚度一定要滿足火災時烘烤的耐火極限。譬如鋼管混凝土柱(包括梁上柱)離開樓(地)面8.0m高度以下部分均應按規范要求采取防火保護措施,具體措施為:當采用熱傳導系數為0.10W/(m.℃)的非膨脹型防火涂料進行保護時,保護層厚度應不小于10.0mm,按隔熱性能等效方法確定其保護層厚度。


  一些通廊走道鋼索按不小于1.5小時耐火極限要求進行防火保護。 


  (五)人員安全疏散。大跨度大空間建筑一般具有面積大、體量大、人員流動性大等特點,一旦發生火災事故,極易造成人員傷亡。因此,該類建筑的安全疏散設計尤為重要,通常采用性能化設計來確定疏散路線,設置安全出口的方位及數量。在進行安全疏散設計時,建筑內人員的密集程度、物品的種類、疏散通道的條件、火災發生時煙氣的濃度及毒性等是影響疏散時間的主要因素。根據建筑物的總體建筑特點和人員分布,充分考慮影響安全疏散的不利因素,結合防排煙方案和措施以及火災模擬研究結果,計算在最不利情況下,各防火、防煙分區人員疏散所需要時間、建筑物所能提供的疏散時間以及對應的疏散通道寬度和距離,為最佳人員疏散方案提供參考依據。 


  大跨度大空間建筑火災撲救難度大,消防官兵撲救經驗不足,在撲救過程中易造成人員傷亡。現有的規范沒有明確作出對該類建筑的防火規定,最有效的辦法是進行性能化防火設計,從全局出發,通過選擇性能計算方式、劃分防火分區、建立各類建筑物的火災荷載數據庫、設置煙氣控制系統、提高建筑物的防火能力及人員安全疏散等多方面的綜合性能來進行建筑性能化防火設計的規劃,使其具有更大的發展空間,與此同時,將大跨度大空間建筑防火性能化設計落到實處,以期防治火災,降低損失。

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