浅析对大跨度大空间建筑防火的对策

发布日期：2012/11/20    浏览：3895次    来源：南通消防支队

       近年来，各地的大跨度、大空间厂房、仓库等建筑逐渐增多。这些建筑为地方创造了巨大的经济效益，但同时也发生了多起火灾事故。本文通过对近年来大跨度大空间建筑火灾案例的分析，针对该类建筑的特点及火灾危险性，探讨了其防火对策，从防火分区划分、火灾自动报警系统和灭火设施的选择、防排烟措施、如何加强建筑钢结构材料本身防火性能以及人员安全疏散等方面通过理论结合实践的阐述，笔者提出了自己的看法和建议，旨在为日后的该类型建筑防火安全提供一些参考。

           一、近年来大跨度大空间建筑火灾案例的分析

       2008年7月5日海南红塔卷烟厂火灾，过火面积约23200平方米，直接损失达4128.1万元；2008年7月17日上海奉贤金汇镇雷盛塑料包装有限公司塑料车间火灾，过火面积约4100平方米，直接损失达4100万元，该起火灾导致3人死亡9人受伤；2008年11月11日山东济南在建实体中心火灾，过火面积约1000平方米，直接损失不详；2009年12月10日山东淄博山川医用器材有限公司车间火灾，过火面积约5000平方米，直接损失达452.56万元；2011年11月8日安徽芜湖经济技术开发区一空调仓储中心火灾，过火面积20000平方米，直接损失上亿；2012年4月9日广东东莞建辉纸业有限公司火灾，过火面积约30000平方米，直接损失上亿；2012年4月19日江苏常熟金像电子有限公司厂房火灾，过火面积约3000平方米，直接损失上千万。从上述案例可以看出，该类建筑一旦发生火灾通常会引发大面积燃烧，不仅造成财产上的损失和严重的社会影响，也给消防部队的灭火救援工作带来许多新情况、新问题。为此，近年以来，消防部队纷纷开展大跨度大空间建筑的灭火救援专项行动，研究该类建筑的火灾扑救战略；公安部消防局也开展了打造消防铁军活动，喊响了“坚持1小时，纵深100米”的口号。在这种严峻的形势下，如何做好该类建筑的防火工作是防火工作者值得深思的问题，笔者认为在现有规范没有对该类建筑提出明确防火要求的情况下，性能化设计是当前解决该类建筑防火问题的最佳办法。

        二、大跨度大空间建筑特点

       （一）单层面积大、跨度大、层间高。一般跨度在60米以上，其结构形式主要包括网架结构、网壳结构、悬索结构、膜结构、薄壳结构等五大空间结构及各类组合空间结构。譬如南京禄口机场二期工程航站楼，东西长252米，南北长212米，地上3层，总建筑高度为38.25m，总建筑面积23万m2。

       （二）承载能力强，主要承重构件为钢材。一些大型厂房、仓库采用轻型屋顶及墙体结构，顶棚由彩钢板和保温材料等组成；墙体结构有的是钢柱作支撑，彩钢板、保温材料和内饰材料构成，还有的用空心砖填堵；也有主体是砖混结构，房顶是钢结构。

       （三）内部结构复杂，火灾荷载大。因为生产需要，厂房内部结构往往错综复杂，一些车间（仓库）内存放大量可燃易燃的成品半成品材料，增大了火灾荷载，使火势蔓延速度加快。

       （四）人流量大，人员组成多元化。一些大跨度大空间建筑，诸如航站楼、会展馆等建筑的使用功能决定了其人员组成复杂，有老人和小孩，也有外宾，人员有的行动不便，有的对建筑的疏散出口、路径等不熟悉。

       （五）灭火设施不齐全。由于现有规范没有提出该类建筑的防火要求，大部分建筑为了满足功能要求，往往轻视消防设计，埋下了极大的安全隐患。特别是一些工业厂房（仓库），在消防设施没有到位的情况下就擅自投入使用，之后也不进行整改，留下了永久性的消防设计缺陷。

       三、大跨度大空间建筑火灾危险性

       （一）钢结构部分在高温下强度迅速降低，导致建筑物局部倒塌。钢结构材料在未进行防火处理的情况下，其本身不会起火燃烧；但当温度超过350℃，强度开始大幅度下降，在500℃时约为常温时的1/2，600℃时约为常温时的1/3。一般火场温度可达到800-1000℃。在这样高的温度下，裸露的钢结构会很快出现变形，产生局部破坏，造成钢结构整体倒塌。普通钢结构一般在发生火灾后15分钟左右就会丧失承重功能而垮塌。

       （二）可燃物多，火势蔓延迅速。大跨度钢结构厂房规模大，建筑结构连体成片，生产机器设备密集，人员和物品高度集中，厂房内生产使用的原料和成品大多属可燃物，有的还属于易燃易爆品，甚至是有毒的化学物品，如制衣厂的布匹、纺织厂的棉花、印刷厂的纸张电缆厂的橡胶、化工企业的爆炸性物质等。加之没有有效的防火分隔，门窗多，通风好，一旦发生火灾，蔓延途径多、火势蔓延快、燃烧猛烈，在热气流的作用下，很快形成大面积火灾。

       （三）人员疏散和火灾扑救困难。大跨度的钢结构建筑发生火灾，火势很快发展到猛烈阶段，建筑内燃烧物发烟量大，且烟气大多带有毒性，由于面积大、结构复杂，人员距离疏散口较远，被困人员很容易中毒窒息，疏散较为困难。在实施灭火时，由于跨度大，灭火人员难以深入内部进攻，火灾在扑救时由于水枪射流的冲击冷却作用，使塌落弯曲的钢结构构件强度降低，容易加速建筑倒塌，造成二次破坏。

       四、大跨度大空间建筑防火对策

       （一）合理划分防火分区。大跨度大空间建筑单层面积大，有的达到了几十万平方米。这些建筑因为使用功能的需要，往往难以划分防火分区。我国的《建筑防火设计规范》（GB50016-2006）第3.3.3规定：当丁、戊类的地上厂房内设置自动灭火系统时，每个防火分区的最大允许建筑面积不限。因成套设备生产线的工艺要求，从生产管理的角度，一些业主为了不影响生产，通过设置自动灭火系统来获取无限的防火分区面积。而部分钢结构厂房在申报消防审核和验收时的火灾危险性是丁戊类，实际上由于厂房内存有可燃物，火灾危险性达到了丙类，因此需要根据丙类厂房的要求划分防火分区。再如一些大型体育馆，比赛场地的面积达到了上万平米，加上连通的观众席区域面积超过了20000m2，之间无任何防火分隔，而有时这类场所会承担一些大型演唱会活动，舞台上会出现大量可燃物和易燃易爆品，大大加大了火灾发生的概率，如不采取有效的防火分隔，一旦发生火灾，就会引起人员恐慌，造成大面积群死群伤。对于大跨度大空间建筑的防火分区，在现有规范没有作出具体规定的情况下，通常采用性能化设计进行划分，对建筑内火灾荷载大的部分用防火隔墙、分隔水幕等实现分隔，剩下火灾荷载小的大空间不再进行防火分隔。

       （二）正确选择火灾自动报警系统和自动灭火设施。1、正确选择火灾自动报警系统。根据《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-98）7.2.1规定，火灾探测器的选择应符合房间高度的规定。譬如单层轻钢结构车间的高度大多远超过12m，有些甚至超过了20m，由于在顶部的烟气温度、浓度均不足以启动火灾探测器，即使探测器启动，火灾早已发展到相当大的规模，失去了早期报警的意义。因此普通的点式感烟和感温探测器无法正常发挥作用。针对此特点，应采用红外光束火灾探测器、光截面式图像探测器、空气采样式等适合于大空间的火灾探测器。为了实现快速早期报警，必须合理地设置探测器的布置间距和高度，探测器的间距应小于烟气羽流上升到其安装高度时的直径。一些会展类建筑通常设置了很多电子设备，对于电器、电缆等应合理选择缆式感温探测器等相应的设施，从而实现早期快速报警的目的。2、正确选择自动灭火设施。根据《自动喷灭火系统设计规范》（GB50084-2001）（2005年版）第5.0.1条规定，民用建筑和工业厂房室内净空高度超过8m的大空间建筑物，在其顶板或吊顶下可不设喷头。因为超过8m的上空，烟气的温度不足以启动闭式喷头。而大空间区域如不设置自动灭火设施，就不能实现早期灭火，火灾就会蔓延扩大。针对这种情况，可以采用开式雨淋系统，一经火灾探测器发出火灾报警信号，可以在消防控制室手动启动系统喷水，从而实现对火灾的早期控制。

       （三）采取有效的防排烟措施。在特定的建筑空间中，火灾产生的烟气越多，烟气下降的速度越快。烟气的沉降率与火源规模和建筑的面积大小有关。建筑空间越大，其蓄积的烟流越多，沉降的速度就慢。这容易给人产生一种误解——大空间建筑的蓄烟能力强，人员不易受到烟气的侵害。其实不然，根据《建筑防火设计规范》（GB50016-2006）第9.4.2条规定：需设置机械排烟设施且室内净高小于等于6.0m的场所应划分防烟分区。大跨度大空间建筑的净空高度远超过了6m，从而不进行防火分区的划分，一旦发生火灾，产生的烟气将会充斥整个建筑的上空，造成烟雾弥漫的视觉效果。大空间的建筑多采用自然采光，烟雾弥漫不仅降低了火场的能见度阻碍人员疏散，而且会造成逃生人员的恐惧心理，易发生拥挤、踩踏事故。因此，必须采取行之有效的防排烟措施，进行性能化设计，通过计算机模拟火场情景合理选择防排烟方式以及排烟口的设置位置和数量等。

       （四）加强钢结构防火保护。钢结构防火保护方法可以综合概括为四种：外包层、充水法、屏蔽法、涂刷防火涂料。一是外包层。就是在钢结构外表添加外包层，可以现浇成型，也可以采用喷涂法。喷涂法可以在施工现场对钢结构表面涂抹砂浆以形成保护层，砂浆可以是石灰水泥或石膏砂浆，也可以掺入珍珠岩或石棉。二是充水法。充水法是在空心封闭截面中充满水，火灾时构件把火场吸收的热量传给水，当水温达到100℃，水份开始蒸发，依靠水的蒸发消耗热量或通过循环把热量导走，从而使构件温度维持在较低水平。为防止钢结构生锈，须在水中掺入专门的防锈外加剂，冬天还须加入防冻剂。三是屏蔽法。钢结构设置在耐火材料组成的墙体或顶棚内，或将构件包藏在两片墙之间的空隙里，只要增加少许耐火材料或不增加即能达到防火的目的。四是防火涂料。钢结构采用防火涂料作保护构件，具有防火隔热性能好、施工不受钢结构几何形体限制等优点，一般不需要添加辅助设施，且涂层质量轻，还有一定的美观装饰作用，但对于涂料的涂刷厚度一定要满足火灾时烘烤的耐火极限。譬如钢管混凝土柱（包括梁上柱）离开楼（地）面8.0m高度以下部分均应按规范要求采取防火保护措施，具体措施为：当采用热传导系数为0.10W/(m.℃)的非膨胀型防火涂料进行保护时，保护层厚度应不小于10.0mm，按隔热性能等效方法确定其保护层厚度。

一些通廊走道钢索按不小于1.5小时耐火极限要求进行防火保护。

       （五）人员安全疏散。大跨度大空间建筑一般具有面积大、体量大、人员流动性大等特点，一旦发生火灾事故，极易造成人员伤亡。因此，该类建筑的安全疏散设计尤为重要，通常采用性能化设计来确定疏散路线，设置安全出口的方位及数量。在进行安全疏散设计时，建筑内人员的密集程度、物品的种类、疏散通道的条件、火灾发生时烟气的浓度及毒性等是影响疏散时间的主要因素。根据建筑物的总体建筑特点和人员分布，充分考虑影响安全疏散的不利因素，结合防排烟方案和措施以及火灾模拟研究结果，计算在最不利情况下，各防火、防烟分区人员疏散所需要时间、建筑物所能提供的疏散时间以及对应的疏散通道宽度和距离，为最佳人员疏散方案提供参考依据。

       大跨度大空间建筑火灾扑救难度大，消防官兵扑救经验不足，在扑救过程中易造成人员伤亡。现有的规范没有明确作出对该类建筑的防火规定，最有效的办法是进行性能化防火设计，从全局出发，通过选择性能计算方式、划分防火分区、建立各类建筑物的火灾荷载数据库、设置烟气控制系统、提高建筑物的防火能力及人员安全疏散等多方面的综合性能来进行建筑性能化防火设计的规划，使其具有更大的发展空间，与此同时，将大跨度大空间建筑防火性能化设计落到实处，以期防治火灾，降低损失。

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