淺析膜結(jié)構(gòu)建筑的火災(zāi)危險性及防火對策

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淺析膜結(jié)構(gòu)建筑的火災(zāi)危險性及防火對策
摘  要：本文針對膜結(jié)構(gòu)建筑的特殊建筑形式，分析了其存在的幾個火災(zāi)危險性，并提出相應(yīng)的防火對策，以保證這種形式建筑的防火安全。
        1．前言        膜結(jié)構(gòu)是近一段時間內(nèi)獲得迅猛發(fā)展的一種新型空間結(jié)構(gòu)，它由于只承受張力，使得材料受力性能得到充分發(fā)揮，而且以重量輕，允許跨越大空間和設(shè)計(jì)成各種外形，施工周期短，維護(hù)方便，造價低廉，可滿足多方面的使用要求，易與自然環(huán)境融為一體等優(yōu)點(diǎn)，被國際建筑界譽(yù)為二十一世紀(jì)的建筑。膜結(jié)構(gòu)是一種全新的建筑結(jié)構(gòu)形式，它以優(yōu)良的織物為材料，利用柔性鋼索或剛性支撐結(jié)構(gòu)通過彎曲內(nèi)面力傳送，將膜面繃緊。從而形成具有一定剛度、張力，能夠覆蓋大跨□度空間的結(jié)構(gòu)體系。膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展最初主要以充氣結(jié)構(gòu)為主，但張力膜結(jié)構(gòu)出現(xiàn)后，充氣式膜結(jié)構(gòu)除在特殊領(lǐng)域應(yīng)用外，已大部分被張力膜結(jié)構(gòu)代替。目前隨著我國北京2008 年奧運(yùn)會腳步的逐漸臨近，奧運(yùn)廠館的建設(shè)也已拉開序幕，北京在今后的幾年內(nèi)，將建成一批大型膜結(jié)構(gòu)工程。1997 年在上海第八屆全國運(yùn)動會的主體育場的挑篷采用了膜結(jié)構(gòu)，覆蓋面積為36100 ㎡，這是我國首次將膜結(jié)構(gòu)應(yīng)用到大面積的永久性建筑上。近年來，我國還在北京順義游泳館、景山公園冰燈展廳，鞍山游泳館，蘇州樂園的音樂廣場，長沙的世界之窗劇場，上海虹口體育場的看臺，青島頤中體育場的看臺建筑中都采用了膜結(jié)構(gòu)。        可以看出膜結(jié)構(gòu)建筑已經(jīng)成為當(dāng)今世界大空間建筑形式的一支主流，然而作為一種新型的建筑形式，在消防安全領(lǐng)域膜結(jié)構(gòu)可以說存在著很多與現(xiàn)行規(guī)范不符的方面，也就是說它與傳統(tǒng)的建筑防火概念有很大的沖突，比如，建筑材料耐火極限、防火分區(qū)的劃分、人員的安全疏散、火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用以及滅火系統(tǒng)的應(yīng)用都是傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)方式所滿足不了的。
        2．膜結(jié)構(gòu)建筑存在的火災(zāi)危險性：        2.1 建筑材料的耐火等級問題        用于膜結(jié)構(gòu)中的高強(qiáng)度柔韌性薄膜稱為膜材，它是膜結(jié)構(gòu)工程中最重要的組成部分，作用與鋼筋、混凝土、輕質(zhì)板材上是等同的，在膜結(jié)構(gòu)建筑中既是起圍護(hù)作用的建筑材料，又是張拉結(jié)構(gòu)體系中的受力材料。《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》及《高層民用建筑防火設(shè)計(jì)規(guī)范》中對建筑物各構(gòu)件的燃燒性能和耐火極限都有明確的規(guī)定。目前膜結(jié)構(gòu)建筑中使用的膜材通常有兩類，一類是以玻璃纖維織物為基材，涂覆聚四氟乙烯（PTFE）等樹脂材料，燃燒性能可達(dá)到A 級；另一類是以尼龍織物為基材，涂覆PVC 及其他樹脂材料，燃燒等級可以達(dá)到B1 級。        如果采用前者應(yīng)該可以滿足要求，但如果采用后者則整體膜結(jié)構(gòu)建筑的耐火極限如何確定，有待進(jìn)一步分析；        2.2建筑空間跨度大，較難劃分防火分區(qū)，火災(zāi)情況下易形成火災(zāi)蔓延         膜結(jié)構(gòu)大多用于體育館、劇院、展覽建筑的觀眾廳、展覽廳，其面積、長度可以根據(jù)需要確定，但如果用于商業(yè)、學(xué)校、食堂、菜市場等建筑，就要受規(guī)范的限制了，必須作防火分區(qū)，但這種建筑大多高度及跨度都很大，劃分防火分區(qū)比較困難，因此，一旦發(fā)生火災(zāi)，各種垂直通道起拔火桶作用。當(dāng)煙氣到達(dá)膜面以下時，頂部氣流水平運(yùn)動，致使火災(zāi)橫向擴(kuò)大，容易形成大面積的火災(zāi)蔓延。        2.3人員疏散困難        膜結(jié)構(gòu)建筑因空間巨大，人員在膜空間內(nèi)到達(dá)室外出口的距離長，因此疏散時間就長。煙霧向上和向水平方向快速蔓延，擋住了疏散人員的視線，增大了疏散難度。另外，大空間內(nèi)人員多，疏散時容易發(fā)生滯留。         2.4火災(zāi)探測不及時，普通自動滅火設(shè)施無法有效發(fā)揮作用，火災(zāi)撲救困難        膜結(jié)構(gòu)建筑空間一般都比較高，跨度比較大，發(fā)生火災(zāi)后煙氣蔓延時，探測器動作與在普通建筑內(nèi)動作相比會慢一些，且我們通常使用的自動噴水滅火系統(tǒng)在這種建筑中布置比較困難，更不能有效發(fā)揮滅火作用。撲救膜建筑這種大空間建筑物火災(zāi)往往會遇到很多的困難。例如：熱輻射強(qiáng)，煙霧濃，火勢蔓延速度快、途徑多。另外，面對新型的膜建筑，我們?nèi)狈渚冗@類大空間建筑物火災(zāi)的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，這給消防滅火的登高作業(yè)、內(nèi)攻偵察、火場供水等都帶來不少困難。
        3．膜結(jié)構(gòu)建筑的防火對策        對于膜結(jié)構(gòu)建筑，由于其空間大，在防火分區(qū)、人員疏散以及消防設(shè)施的配備等方面，按照現(xiàn)行法規(guī)很難實(shí)現(xiàn)其防火安全。因此，我們可以采用消防安全工程學(xué)的原理和方法，根據(jù)建筑物的結(jié)構(gòu)、用途、內(nèi)部裝修、火災(zāi)荷載等的具體情況，由設(shè)計(jì)者根據(jù)建筑物的各個不同的空間條件、功能條件及其他相關(guān)條件，自由選擇為達(dá)到消防安全目的而采取的各種防火措施，并將其有機(jī)地組織起來，構(gòu)成該建筑物的總體防火安全設(shè)計(jì)方案，然后對建筑火災(zāi)危險性和危害性進(jìn)行定量的預(yù)測和評估，從而得出最優(yōu)化的防火設(shè)計(jì)方案，為建筑物提供最合理的防火保護(hù)。         3.1建筑構(gòu)件的耐火等級        膜結(jié)構(gòu)建筑的支撐一般為鋼結(jié)構(gòu)，國內(nèi)對于鋼結(jié)構(gòu)的保護(hù)多采用涂防火涂料。國外類似建筑大多是不涂防火涂料的。還有一種更為穩(wěn)妥的辦法：就是在構(gòu)造上作處理，使膜面緊貼在鋼索下面，火災(zāi)中煙氣首先面對的是膜面，這樣鋼索下面又多了一個保護(hù)層，使鋼架不受任何高溫作用。         瑞典國家測試院曾對PTFE 和PVC 兩種膜材料進(jìn)行同樣條件的燃燒試驗(yàn)，對試驗(yàn)過程的溫度、有毒氣體成分、膜材燒穿情況進(jìn)行了測試分析，結(jié)果表明雖然PTFE 膜材的耐火極限和燃燒性能比PVC 膜材高，但是PVC 膜材受熱后很快形成開放洞口，有利于煙氣和熱量的排出，從而延緩鋼結(jié)構(gòu)的坍塌，而PTFE 膜材受熱后只是接縫處裂開，最后沿接縫大塊脫落，熱量容易在頂部聚集，而且PTFE 膜材產(chǎn)生的CO2 和CO 至少是PVC 膜材的兩倍，因此對于膜結(jié)構(gòu)特別是封閉式膜結(jié)構(gòu)建筑使用PVC 膜材好一些。         3.2采取特殊的防火、防煙分隔措施         膜結(jié)構(gòu)大多用于體育館、劇院、展覽建筑的觀眾廳、展覽廳，其面積、長度可以根據(jù)需要確定，但如果用于商業(yè)、學(xué)校、食堂、菜市場等建筑，就要受規(guī)范的限制了，膜結(jié)構(gòu)建筑相對于普通建筑，在主體大空間內(nèi)無構(gòu)造柱與梁，是一個連續(xù)完整的空間。膜空間和與之相連的部分之間必須設(shè)置有效的防火分隔設(shè)施，防止火勢向膜空間以外的其它空間蔓延。用普通建筑中的防火墻和防火卷簾劃分防火分區(qū)難以實(shí)現(xiàn)。我們可以采取一些特殊措施，例如可以采用“防火帶”的方法劃分防火分區(qū)，即在有可燃物品的建筑物中劃分出一段區(qū)域，這個區(qū)域內(nèi)的建筑構(gòu)件及裝修全部為非燃材料(且該區(qū)域內(nèi)不存放可燃物)并采取有效的防煙措施，阻擋防火帶一側(cè)的煙火向另一側(cè)蔓延，從而在空間上形成一個無形的防火分隔區(qū)域。對于防煙分區(qū)的劃分，可以利用空間上方結(jié)構(gòu)體系，掛上以耐火纖維為基材的輕質(zhì)幕布，平時卷起，在火災(zāi)報(bào)警后自動放下，懸停于一定高度進(jìn)行防煙分區(qū)，劃分的面積在1000 平方米左右，代替了傳統(tǒng)的擋煙垂壁，效果明顯。         3.3機(jī)械防排煙設(shè)施        對于封閉的膜結(jié)構(gòu)建筑物，設(shè)置機(jī)械防排煙設(shè)施是至關(guān)重要的，煙氣往往比火更可怕，在火災(zāi)中，煙氣彌漫，能見度被降低，延誤了疏散時間；大量高溫有毒氣體的存在，使人降低和逐漸喪失了逃生能力；高溫?zé)煔庥兄c火一樣的對建筑結(jié)構(gòu)破壞的作用。就膜建筑來說，其防火分區(qū)面積和疏散距離都已超標(biāo)，所以對這類建筑的大空間進(jìn)行有效的防排煙設(shè)計(jì)顯得由為重要。第一步是控?zé)?，通過一定的正壓送風(fēng)量將火災(zāi)煙氣吹向一個固定的空間內(nèi)，使煙氣不會無規(guī)則擴(kuò)散；第二步是蓄煙，利用建筑物自身的大空間條件設(shè)計(jì)“儲煙倉”將煙氣蓄積，形成距地面有一定高度的無煙層；第三是排煙。國外研究機(jī)構(gòu)通過計(jì)算機(jī)模擬證明：如果一個煙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)適當(dāng)，可以防止煙在30～45min 內(nèi)聚集在距地面3～4ｍ處。這段時間對于人員疏散是極其寶貴的，同時也給滅火創(chuàng)造了有利條件。        3.4運(yùn)用新型的火災(zāi)探測系統(tǒng)        通常建筑中所廣泛使用的火災(zāi)探測器大多數(shù)以煙氣濃度和溫度為信號進(jìn)行探測的，且大多數(shù)為頂棚式安裝。普通建筑的樓層高度多數(shù)在6m 以下，火災(zāi)煙氣能很快到達(dá)頂棚，因此這類探測器是適用的。然而膜結(jié)構(gòu)建筑空間很高，煙氣在上升過程中不斷受到冷卻和稀釋，在到達(dá)頂棚時濃度和溫度都大大降低，不足以啟動火災(zāi)探測器。另外，由于建筑物內(nèi)部熱風(fēng)壓影響，大空間上部常常會形成一定厚度的熱空氣層，它足以阻止火災(zāi)煙氣上升到大空間頂棚，從而影響火災(zāi)探測器工作，所以普通型探測器是不適用于膜建筑的。運(yùn)用新型的火災(zāi)報(bào)警技術(shù)如紅外光束感煙探測器、空氣采樣及線型差溫探測器運(yùn)用于膜建筑，解決了膜空間早期報(bào)警的難題。        3.5采用有效的自動滅火裝置        設(shè)置空氣加壓移動式消防水炮。它可根據(jù)空氣加壓的大小確定射程，確保膜空間及其中部區(qū)域的安全。另外在大廳四壁適當(dāng)位置上可考慮設(shè)置帶架水槍，以便當(dāng)展廳上半部的橫幅、彩帶、氣球之類的可燃物著火后，可有效的組織撲救。
         4. 結(jié)束語         以上針對膜結(jié)構(gòu)建筑物的特點(diǎn)，在防火安全方面作了一些初步的探討，有不成熟的觀點(diǎn)，有待進(jìn)一步的驗(yàn)證。