建筑防火安全性能化设计探讨(转)

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摘　要：任何建筑是由不同的建筑构件按一定的结构形式组合而成的，柱、梁、楼板、墙壁、隔板等都是一些主要的建筑构件，笔者就建筑构件消防坍塌事故问题，从各方面进行了建筑防火安全性能化的设计分析。
　　关键词：消防坍塌；防火安全设计

　　建筑坍塌受建筑结构、建筑质量、火灾荷载、自然条件等因素影响，建筑物倒塌事故随时可能发生，且事故前兆很不明显，待人们觉察时，倒塌事故往往已经造成了严重后果。借鉴相关经验，文章建议采用防火安全性能化设计方法提高结构的耐火可靠性，同时给出了事故现场安全措施的建议。
　　1 建筑物坍塌事故常见原因分析
　　（1）楼板、钢筋混凝土梁、钢筋混凝土柱耐火极限过低，在火灾荷载大、火灾持续时间长的情况下，导致火灾中建筑物的倒塌。
　　（2）耐火等级高的建筑结构中，使用预应力混凝土构件，而未采取防火措施，在火灾高温的作用下构件极易达到耐火极限而失效。预应力构件所用钢材多为高强钢材和冷加工钢材，在高温作用下强度降低幅度大，预应力混凝土构件的截面较小，外部热量更易损伤其内部，火灾中预应力损失加剧，构件刚度降低严重。
　　（3）底框架商住建筑底部1～2层为混凝土框架结构，上部为砖混结构，由于该类建筑来自上部的自重大，而底部的商业用房可燃物多，建在地震设防烈度小于7度的地区，在火灾失控而轰然猛烈燃烧蔓延的情况下，底部的梁、柱失稳而整体倒塌。某底框架商住楼，底层层高4米，二层层高4.5米，为小商品批发市场，主要经营塑料制品、羽绒品、床上用品、衣袜等，上部六层为住宅，底框架的柱截面为350mm×350mm，其耐火极限大于3.0小时，但在起火轰然2个小时后整体垂直倒塌，该建筑框架是连续梁，其刚度可视为无限大，当某根柱在火灾中失效时，其侧向挠度增大，所承担的荷载就会向相邻的柱转移，导致群柱连续压溃而失稳，实际上建筑在火灾中的垂直倒塌正是这一原因，如果考虑温度场的内力，柱的支持时间将进一步缩短，该典型建筑火灾案例坍塌的主要原因是：来自上部的建筑有效重力荷载较大，下部可燃物多、燃烧荷载大。

（4）大空间钢结构建筑，在火灾高温的作用下，其承重的钢结构因耐火极限低（0.25H） 极易发生坍塌。现在钢结构已成为大空间建筑的主要结构形式，许多大型车间和仓库、大型体育场（馆）、大型商业中心等都采用钢结构。近几年钢结构建筑发生火灾而局部或整体坍塌的火灾案例并不少见。
　　2 建筑防火安全性能化设计方法
　　任何建筑是由不同的建筑构件按一定的结构形式组合而成的，柱、梁、楼板、墙壁、隔板等是一些主要的建筑构件。建筑物的耐火性能不仅与各构件本身的特性有关，而且与其构件的组合方式有关，在不同的结构形式下，同一构件所发生的作用也会有很大的不同，建筑物的耐火性能是体现建筑安全功能的一个重要方面，综合各类建筑火灾坍塌的原因分析，笔者认为应着重从以下几个方面进行建筑的防火安全性能设计，预防建筑火灾坍塌：
　　（1）按有关国家消防技术规范的要求，合理确定建筑耐火等级。 根据不同建筑构件的燃烧性能和燃烧极限，合理进行结构的选型，从保持建筑结构的稳定性、完整性和隔热性，提升建筑结构耐火性能。
　　在建筑防火安全性能设计中，应依据有关构件在建筑物中的作用而选择适当耐火等级的构件，如某些构件的燃烧性能和燃烧极限不能达到规范的要求，应采取有效措施或其他等效办法。
　　（2）使用现浇双向楼板，慎用预应力楼板。 采用T形、花蓝形和十字型截面的钢筋混凝土梁。 改配较细的钢筋双排配置，把较粗配筋置于截面的中部和上层，较细的配筋置于截面的角部和下层，这样可有效减少梁在火灾温度场作用下整体应力损失，增强整体抗温度变形能力。

　　钢筋混凝土柱宜采用轴心受压和小偏心受压柱，提高混凝土的耐火等级。 在构件的外围增加保护层厚度，以延缓或减小火灾燃烧温度对钢筋应变的影响。此外适当加大构件的截面尺寸也能增大稳定性、完整性和隔热性。
　　（3）建筑结构必须采用底框架形式时，应采取以下措施提高其耐火性能：适当加大钢筋混凝土柱的截面面积20 %；柱截面积或边长比接近的矩形，可能时采用圆形截面，不要采用十字型、T 型、L 型截面；柱子主筋选用低合金钢材；柱周边抹混合沙浆20mm，并确保厚度均匀，适当增大主筋保护层厚度；采用现浇式钢筋混凝土楼板；适当增大下部房间的开窗面积，不宜安装防盗网；限制底框架部分的房间可燃物数量和燃烧物品类。
　　（4）耐火等级要求高的建筑结构中尽量不选用预应力混凝土构件，若必须选用预应力混凝土构件的，应在迎火面涂防火涂料或防火板材装修，适当增加构件主筋保护层厚度，增大截面尺寸，设置火灾自动报警和自动灭火系统。
　　（5）对于钢结构的构件外部表面设置一层保护材料或采取冷却办法，使火灾产生的高温不致很快传递到钢结构内部，具体有喷涂法、包封法、屏蔽法和水喷淋法等。 喷涂法、包封法、屏蔽法由于所选材料的导热系数较小，而热容比较大，所以能很好地阻滞热流向构件的传输，阻止了热量迅速向钢基材传递，推迟了钢基材强度的降低，从而提高了钢结构的耐火极限。水喷淋法通过水的冷却、汽化起到消耗热量，降低火焰温度和燃烧速度，稀释氧气的作用，从而起到保护作用。
　　对于大跨度的钢梁，为了防止火灾烟气的直接作用，在梁下安装耐火型吊顶，钢梁基材喷涂防火涂料是一种有效的保护措施。对于大空间网架结构在钢材选择上低C-Mn-Mo-Nb系列耐火钢材（通常添加0.50 %Mo以及0.02 % Nb或Mo + Nb合金在600℃条件下，屈服强度能保持在室温的2/3以上，耐火耐高温性能大大提高），并喷涂薄型钢结构涂料。
　3 事故现场安全措施的建议
　　为了有效的防止建筑火灾坍塌事故对救援人员的危害，必须深入了解各类建筑特点、火灾规模，建立并完善火灾救援有关的安全预防措施。
　　（1）首先要充分认识到建筑火灾坍塌事故的危害和危险，消除麻痹思想和侥幸心理。其次是落实安全制度和必要的防范措施，在灭火救援行动中救援人员要按规定佩戴安全头盔等防护装具。
　　（2）设立专职的安全员监测建筑安全情况，尤其对于大型火场要通过观测火势大小；观察墙体、梁柱及楼板是否有开裂、爆裂、局部破坏等；还可利用水准仪对房屋或局部构件变形进行观测。发现异常时及时报告火场指挥员，采取有效的预防措施。
　　（3）消防队员在火灾扑救中应针对不同情况，采取不同措施。第一是构件受高温后，要注意避免对梁、柱、楼板直接喷水冷却，以免构件产生爆裂。第二是为防止局部温升过高对建筑构件的破坏，应加强对火场局部温度较高部位和建筑主要梁柱、楼板周围火势的扑救。第三要防止不当射水增加楼板的荷载。第四对承重结构单一的建筑，如砖木结构、简易仓库等，由于建筑整体刚度差，要避免直流射流直接冲击墙柱等承重构件发生坍塌。第五在进入过火建筑内部前，用直流射流对上部建筑构件进行扫射，使缺乏稳定的构件及时跌落下来，防止砸伤救援人员。（中国建筑安全网）