摘要:本文針對(duì)膜結(jié)構(gòu)建筑的特殊建筑形式,分析了其存在的幾個(gè)火災(zāi)危險(xiǎn)性,并提出相應(yīng)的防火對(duì)策,以保證這種形式建筑的防火安全。
關(guān)鍵詞:膜結(jié)構(gòu) 火災(zāi)危險(xiǎn)性 防火對(duì)策
1.前言
膜結(jié)構(gòu)是近一段時(shí)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(jià)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(guó)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(guó)北京2008 年奧運(yùn)會(huì)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(guó)運(yùn)動(dòng)會(huì)的主體育場(chǎng)的挑篷采用了膜結(jié)構(gòu),覆蓋面積為36100 ㎡,這是我國(guó)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(guó)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(chǎng),長(zhǎng)沙的世界之窗劇場(chǎng),上海虹口體育場(chǎng)的看臺(tái),青島頤中體育場(chǎng)的看臺(tái)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(dòng)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(xiǎn)性:
2.1 建筑材料的耐火等級(jí)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?!督ㄖO(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(duì)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(jí);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(jí)可以達(dá)到B1 級(jí)。
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(zhǎng)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(chǎng)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(shí),頂部氣流水平運(yùn)動(dòng),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(zhǎng),因此疏散時(shí)間就長(zhǎng)。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(shí)容易發(fā)生滯留。
2.4火災(zāi)探測(cè)不及時(shí),普通自動(dòng)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(shí),探測(cè)器動(dòng)作與在普通建筑內(nèi)動(dòng)作相比會(huì)慢一些,且我們通常使用的自動(dòng)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(huì)遇到很多的困難。例如:熱輻射強(qiáng),煙霧濃,火勢(shì)蔓延速度快、途徑多。另外,面對(duì)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(chǎng)供水等都帶來不少困難。
3.膜結(jié)構(gòu)建筑的防火對(duì)策
對(duì)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(gè)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(duì)建筑火災(zāi)危險(xiǎn)性和危害性進(jìn)行定量的預(yù)測(cè)和評(píng)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(jí)
膜結(jié)構(gòu)建筑的支撐一般為鋼結(jié)構(gòu),國(guó)內(nèi)對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)的保護(hù)多采用涂防火涂料。國(guó)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(duì)的是膜面,這樣鋼索下面又多了一個(gè)保護(hù)層,使鋼架不受任何高溫作用。
瑞典國(guó)家測(cè)試院曾對(duì)PTFE 和PVC 兩種膜材料進(jìn)行同樣條件的燃燒試驗(yàn),對(duì)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(cè)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(duì)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(zhǎng)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(chǎng)等建筑,就要受規(guī)范的限制了,膜結(jié)構(gòu)建筑相對(duì)于普通建筑,在主體大空間內(nèi)無構(gòu)造柱與梁,是一個(gè)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(shì)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(gè)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(gè)無形的防火分隔區(qū)域。對(duì)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(shí)卷起,在火災(zāi)報(bào)警后自動(dòng)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(duì)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(shí)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(duì)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(duì)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(gè)固定的空間內(nèi),使煙氣不會(huì)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(chǔ)煙倉(cāng)”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(guó)外研究機(jī)構(gòu)通過計(jì)算機(jī)模擬證明:如果一個(gè)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(shí)間對(duì)于人員疏散是極其寶貴的,同時(shí)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(cè)系統(tǒng)
通常建筑中所廣泛使用的火災(zāi)探測(cè)器大多數(shù)以煙氣濃度和溫度為信號(hào)進(jìn)行探測(cè)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(cè)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(shí)濃度和溫度都大大降低,不足以啟動(dòng)火災(zāi)探測(cè)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(huì)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(cè)器工作,所以普通型探測(cè)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(cè)器、空氣采樣及線型差溫探測(cè)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(dòng)滅火裝置
設(shè)置空氣加壓移動(dòng)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(duì)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,希望有關(guān)專家學(xué)者批評(píng)指正。