摘 要:為了滿足城市化建設的需要,高層建筑增多是必然趨勢,這樣就會導致防火安全的任務變得越來越重,文章從高層建筑火災危險性分析出發(fā),提出了防火設計中的問題,得出有效安全的防火設計措施。
關(guān)鍵詞:火勢蔓延;鋼結(jié)構(gòu);防火分區(qū)
0.前言
建筑物的防火安全設計是一門綜合性科學,是由多專業(yè)( 建筑、結(jié)構(gòu)、空調(diào)、電氣、給排水) 共同采取安全措施的綜合體現(xiàn),高層建筑在消防系統(tǒng)設計上應優(yōu)先保證人員在火災中的安全,同時考慮如何減少火災的發(fā)生和火災的損失防止火災大面積蔓延,最大限度地降低火災對人們生命和財產(chǎn)的破壞,利用性能化設計合理劃分防火分區(qū)、組織人員安全疏散達到高層建筑防火性能總目標的實現(xiàn),最大限度地保障人民生命財產(chǎn)安全。
1.高層建筑火災危險性分析
1.1 可燃物較多,火勢蔓延較為迅速
在高層建筑的樓梯間、電梯間、管道井、風道、電纜井、排風道等豎向井道部位,如果防火分隔或防火處理不好,一旦發(fā)生火災就好像一座座高聳的煙囪,成為火勢迅速蔓延的途徑。高級旅館、圖書館、檔案樓、科研樓、辦公樓等高層建筑,一般室內(nèi)裝修家具等可燃物較多,一旦起火,發(fā)煙量大,燃燒猛烈,火災容易蔓延。據(jù)測定,在火災初起階段,因空氣對流在水平方向造成的煙氣擴散速度為0.3m/s;在燃燒猛烈階段,由于高溫狀態(tài)下的熱對流而造成的水平方向煙氣擴散速度為0.5~0.8m/s,煙氣沿樓梯間或豎向管井擴散速度為3~4m/s。如一座高100m 的高層建筑,在無阻擋的情況下,煙氣能在半分鐘內(nèi)達到頂層。日本在一個醫(yī)院里做過燃燒試驗, 證明在幾分鐘內(nèi)就能把每層3500m2 的二十三層大樓都充滿煙氣。建筑物越高,風速越大。風速增大,火勢的蔓延擴大速度也相應增加。據(jù)測定:距地面高度10m 處風速為5m/s;30m 處風速為8.7m/s;60m 處風速為12.3m/s;90m 處風速為15m/s。
1.2 建筑高度較高,平面結(jié)構(gòu)復雜,安全疏散困難
高層建筑的特點,一是層數(shù)多,垂直疏散距離長,疏散到地面需要較長的時間;二是人員集中,疏散時容易出現(xiàn)擁擠情況;三是發(fā)生火災時煙氣和火勢向上蔓延快、且易竄入樓梯間,而火災發(fā)生時人們大量涌向樓梯,增加了疏散難度(平時使用的普通電梯,在火災時必須切斷電源,停止使用,因此,高層建筑的安全疏散主要靠樓梯)。火災案例分析表明,被煙薰死的(包括被煙薰倒后燒死的),占火災死亡人數(shù)的一半以上。
1.3 火災撲救難度較大
高層建筑發(fā)生火災時,消防隊員使用的滅火救護設施往往不易達到建筑高度,因此,撲救高層建筑火災主要立足于室內(nèi)消防給水設施。由于受到各種條件的限制,撲救的難度很大。火災現(xiàn)場熱輻射強、煙霧濃、火勢向上蔓延的速度快和途徑多,消防隊員難以堵截;當火勢擴大,形成大面積火災時,室內(nèi)消防水量顯然不足,需要利用消防車從室外進行補給,但消防水帶耐壓能力常常不能適應需要。此外,建筑物如果沒有安裝消防電梯,消防隊員則需要“全副武裝”的通過樓梯沖上高層,不僅體力消耗大、速度慢,還會與向下疏散的人流發(fā)生對撞而延誤時間,不能及時到達著火層進行撲救,消防器材也不能隨時得到補充,均將嚴重影響撲救。
1.4 發(fā)生火災概率較大
高層建筑內(nèi)部功能一般較為復雜,用電設備繁多,存在多種著火源和大量可燃物,如管理不善,很容易發(fā)生火災。特別是一些建筑面積較大、層數(shù)較多的高層公共建筑,情況就更為復雜,存在大量的火險隱患,一旦發(fā)生火災,將會造成嚴重后果。
2.高層建筑防火設計中的問題及火災對高層結(jié)構(gòu)的影響
2.1 設計施工存在隱患
由于從高層建筑的設計開始到建筑施工,最終到房屋的裝修,都會存在諸多隱患,如果在這一系列過程中沒有引起足夠的重視,也會影響到高層建筑防火,而隱患的存在主要是以下幾個方面:人員缺乏必要的自我救助意識、消防設施不足、消防設計未能全面考慮、建筑防火的審核存在一定的困難等等。
2.2 火災對鋼結(jié)構(gòu)的影響
當火災發(fā)生的時候,隨著鋼材的溫度不斷攀升,溫度對于鋼材的屈服以及抗壓的強度等等都有著不同程度的影響,如果在短時間內(nèi),鋼材所能承受的溫度達到了極限,甚至有可能造成建筑整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞,從而造成一定的危險。如果對于建筑的鋼結(jié)構(gòu)沒有一定的保護措施,僅僅在15 分鐘之內(nèi),就會達到極限狀態(tài),當承受的溫度大于200℃的時候,就容易出現(xiàn)徐變和藍脆的現(xiàn)象;如果溫度位于300 到400 之間,鋼材所具有的強度就會出現(xiàn)迅猛的下降趨勢;當溫度達到了600℃的時候,鋼材則不具備以往所擁有的剛度與強度。而對于建筑火災來說,一般都在800 到1000℃之間,在此溫度下,鋼結(jié)構(gòu)就容易出現(xiàn)塑性變形,導致局部出現(xiàn)破壞現(xiàn)象,最終影響到建筑物整體結(jié)構(gòu)。
2.3 火災對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的影響
對于鋼筋混凝土的影響,主要分為以下兩類型:其一,單個的構(gòu)件在受到了火的灼燒之后,其構(gòu)件表面混凝土的脫落以及燒傷層出現(xiàn)細小的裂縫等損傷;其二,由于火災發(fā)生時,梁柱組成的結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生較大的結(jié)構(gòu)溫度應力,從而使得結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了破壞。鋼筋混凝土構(gòu)件中的普通鋼筋當溫度小于200℃時,隨著溫度的升高,鋼筋的屈服強度與極限強度下降時的速度比較慢。當溫度在200 到450℃時,鋼筋的強度隨著溫度的升高而下降的速度逐漸加快。
3.對于高層建筑防火的有效設計措施
3.1 保證建筑主體結(jié)構(gòu)有足夠的耐火穩(wěn)定性
目前國內(nèi)外高樓多依賴鋼結(jié)構(gòu),雖然它的整體性和穩(wěn)定性都很好,但耐火性能很差。鋼材的抗拉和承重等性能均會因溫度的升高而急劇下降,通常在攝氏450~650 度就會失去承載能力,發(fā)生變形,鋼柱、鋼梁彎曲,不能繼續(xù)使用。一般情況下,不加保護的鋼結(jié)構(gòu)耐火極限只有15 分鐘。因此,建筑界和消防界在解決這個問題方面仍任重道遠。