淺析膜結(jié)構建筑的火災危險性及防火對策

淺析膜結(jié)構建筑的火災危險性及防火對策
摘  要：本文針對膜結(jié)構建筑的特殊建筑形式，分析了其存在的幾個火災危險性，并提出相應的防火對策，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，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計成各種外形，施工周期短，維護方便，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，被國際建筑界譽為二十一世紀的建筑。膜結(jié)構是一種全新的建筑結(jié)構形式，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)構體系。膜結(jié)構的發(fā)展最初主要以充氣結(jié)構為主，但張力膜結(jié)構出現(xiàn)后，充氣式膜結(jié)構除在特殊領域應用外，已大部分被張力膜結(jié)構代替。目前隨著我國北京2008 年奧運會腳步的逐漸臨近，奧運廠館的建設也已拉開序幕，北京在今后的幾年內(nèi)，將建成一批大型膜結(jié)構工程。1997 年在上海第八屆全國運動會的主體育場的挑篷采用了膜結(jié)構，覆蓋面積為36100 ㎡，這是我國首次將膜結(jié)構應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。        可以看出膜結(jié)構建筑已經(jīng)成為當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，在消防安全領域膜結(jié)構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、火災自動報警系統(tǒng)的應用以及滅火系統(tǒng)的應用都是傳統(tǒng)建筑設計方式所滿足不了的。
        2．膜結(jié)構建筑存在的火災危險性：        2.1 建筑材料的耐火等級問題        用于膜結(jié)構中的高強度柔韌性薄膜稱為膜材，它是膜結(jié)構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)構建筑中既是起圍護作用的建筑材料，又是張拉結(jié)構體系中的受力材料。《建筑設計防火規(guī)范》及《高層民用建筑防火設計規(guī)范》中對建筑物各構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，燃燒等級可以達到B1 級。        如果采用前者應該可以滿足要求，但如果采用后者則整體膜結(jié)構建筑的耐火極限如何確定，有待進一步分析；        2.2建筑空間跨度大，較難劃分防火分區(qū)，火災情況下易形成火災蔓延         膜結(jié)構大多用于體育館、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，各種垂直通道起拔火桶作用。當煙氣到達膜面以下時，頂部氣流水平運動，致使火災橫向擴大，容易形成大面積的火災蔓延。        2.3人員疏散困難        膜結(jié)構建筑因空間巨大，人員在膜空間內(nèi)到達室外出口的距離長，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火災探測不及時，普通自動滅火設施無法有效發(fā)揮作用，火災撲救困難        膜結(jié)構建筑空間一般都比較高，跨度比較大，發(fā)生火災后煙氣蔓延時，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往往會遇到很多的困難。例如：熱輻射強，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�撲救這類大空間建筑物火災的實戰(zhàn)經(jīng)驗，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)構建筑的防火對策        對于膜結(jié)構建筑，由于其空間大，在防火分區(qū)、人員疏散以及消防設施的配備等方面，按照現(xiàn)行法規(guī)很難實現(xiàn)其防火安全。因此，我們可以采用消防安全工程學的原理和方法，根據(jù)建筑物的結(jié)構、用途、內(nèi)部裝修、火災荷載等的具體情況，由設計者根據(jù)建筑物的各個不同的空間條件、功能條件及其他相關條件，自由選擇為達到消防安全目的而采取的各種防火措施，并將其有機地組織起來，構成該建筑物的總體防火安全設計方案，然后對建筑火災危險性和危害性進行定量的預測和評估，從而得出最優(yōu)化的防火設計方案，為建筑物提供最合理的防火保護。         3.1建筑構件的耐火等級        膜結(jié)構建筑的支撐一般為鋼結(jié)構，國內(nèi)對于鋼結(jié)構的保護多采用涂防火涂料。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：就是在構造上作處理，使膜面緊貼在鋼索下面，火災中煙氣首先面對的是膜面，這樣鋼索下面又多了一個保護層，使鋼架不受任何高溫作用。         瑞典國家測試院曾對PTFE 和PVC 兩種膜材料進行同樣條件的燃燒試驗，對試驗過程的溫度、有毒氣體成分、膜材燒穿情況進行了測試分析，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)構特別是封閉式膜結(jié)構建筑使用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)、學校、食堂、菜市場等建筑，就要受規(guī)范的限制了，膜結(jié)構建筑相對于普通建筑，在主體大空間內(nèi)無構造柱與梁，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置有效的防火分隔設施，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，在火災報警后自動放下，懸停于一定高度進行防煙分區(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機械防排煙設施        對于封閉的膜結(jié)構建筑物，設置機械防排煙設施是至關重要的，煙氣往往比火更可怕，在火災中，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；高溫煙氣有著與火一樣的對建筑結(jié)構破壞的作用。就膜建筑來說，其防火分區(qū)面積和疏散距離都已超標，所以對這類建筑的大空間進行有效的防排煙設計顯得由為重要。第一步是控煙，通過一定的正壓送風量將火災煙氣吹向一個固定的空間內(nèi)，使煙氣不會無規(guī)則擴散；第二步是蓄煙，利用建筑物自身的大空間條件設計“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。國外研究機構通過計算機模擬證明：如果一個煙控系統(tǒng)設計適當，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運用新型的火災探測系統(tǒng)        通常建筑中所廣泛使用的火災探測器大多數(shù)以煙氣濃度和溫度為信號進行探測的，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，火災煙氣能很快到達頂棚，因此這類探測器是適用的。然而膜結(jié)構建筑空間很高，煙氣在上升過程中不斷受到冷卻和稀釋，在到達頂棚時濃度和溫度都大大降低，不足以啟動火災探測器。另外，由于建筑物內(nèi)部熱風壓影響，大空間上部常常會形成一定厚度的熱空氣層，它足以阻止火災煙氣上升到大空間頂棚，從而影響火災探測器工作，所以普通型探測器是不適用于膜建筑的。運用新型的火災報警技術如紅外光束感煙探測器、空氣采樣及線型差溫探測器運用于膜建筑，解決了膜空間早期報警的難題。        3.5采用有效的自動滅火裝置        設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位置上可考慮設置帶架水槍，以便當展廳上半部的橫幅、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)構建筑物的特點，在防火安全方面作了一些初步的探討，有不成熟的觀點，有待進一步的驗證。