【消防】大跨度鋼結構火災特點
近年來,大跨度鋼結構場館、倉庫、商場和廠房的數量不斷增多,而且多數單層面積巨大,而上述場所又多屬于人員密集或者貨物囤積、可燃物多的場所。雖說建筑結構采用鋼結構具有重量輕、結構性能好、施工快速等優點,也能節約工業和民有建筑的成本,但究其本質為非燃材料,耐火性能很差,一旦發生火災,鋼結構在高溫作用下其力學性能包括彈性模量、屈服強度都會大幅度降低,容易發生倒塌,擴大火災損失。
一、大跨度鋼結構特點
(一)典型的大跨度鋼結構建筑首推2008年北京奧運會主體育場“鳥巢”,其建筑面積高達25.8萬平方米。因其寬度大、空間大、承重力強的特點,多用于大型體育場館、機場候機樓、大型企業車間、倉庫、大商場以及高層建筑等等。
(二)多數采用大跨度鋼結構的商場、車間,其屋面、吊頂、隔斷及其他裝飾材料都是非承重構件,多屬可燃材料。商場里密集擺放商品,規模較大的商場又集銷售、儲存、辦公于一體;廠房車間內不僅安裝了生產設備,還堆放大量原材料、半成品、成品,一定程度上增加了火災荷載。
(三)大跨度鋼結構建筑主料是鋼材,鋼材雖屬于不燃材料,但其耐火性能較差,而建筑所用的鋼構件材質又單一,導熱系數卻是混凝土的40倍以上,所以火災一旦發生,鋼構件升溫非?。那么隨著溫度的上升或者驟降,其材質結構強度也會有很大變化,變形后的鋼結構幾乎無法修復使用。
我國的大跨度鋼結構場館、商場和廠房一般都經過防火處理,受熱影響也會降低,但是大多數鋼結構均無保護層,火災情況下直接受熱,結構強度迅速下降。比如一場大火中,當溫度高達500度時,鋼結構強度就下降到一半的水平,火災撲滅后,溫度降下來時,鋼材的沖擊韌度降低,材質變脆。
(四)目前我國的大跨度鋼結構建筑多數設計并建有比較規范的固定消防設施,多數能夠實現消防自動化。但是由于鋼結構的受熱特點,一旦發生火災,火勢蔓延速度會很快繼而導致建筑物坍塌,造成固定消防設施損毀或失靈。
二、大跨度鋼結構火災特點
(一)結構本身缺陷
首先,鋼結構在火災情況下強度變化較大,溫度超過200℃時強度開始減弱,溫度350℃時,鋼結構強度下降三分之一,溫度達到500℃時,鋼結構強度下降一半,溫度達到600℃時,鋼結構強度下降三分之二,當溫度超過700℃時,鋼結構強度則幾乎減少殆盡。據統計,火災中鋼結構建筑在燃燒15分鐘到20分鐘左右,就有可能發生倒塌。
其次,鋼結構是典型的熱脹冷縮特性,高溫受熱后急劇變形,很短的時間內承載能力和支撐力都將下降,但當遇到水流沖擊,如滅火或是防御冷卻時,鋼結構會急劇收縮,轉瞬間即形成收縮拉力,繼而使建筑結構的整體穩定性破話,造成坍塌。
(二)內部環境惡劣
首先,大跨度鋼結構建筑由于空間較大,空氣充足,有的建筑內部甚至形成空氣對流,再加上可燃物多,助燃劑充沛,火災荷載比較大。一旦發生火災,火勢必將迅猛發展,很短的時間內便可以發展到火災猛烈階段;加之鋼材本身耐火極限很低,導熱速度又很快,而其大多少大跨度鋼結構建筑內部裝飾多采用可燃材料,火災發生時依附在鋼結構上使鋼結構本身直接受到高溫烘烤,間接減少建筑構件承重支撐時間,致使建筑物倒塌時間提前到來。綜上分析,大跨度鋼結構建筑發生火災時,我消防部隊趕到現場時就已經失去了最佳控火的有利時機,戰斗展開后難以實施內攻,火勢呈大空間、大面積迅猛燃燒趨勢,進而形成整個建筑坍塌,內部物品、設施全部損毀的結局。
其次,前文介紹過大跨度鋼結構商場、廠房內部可燃物數量相對較大,發生火災時將釋放出大量的熱量、煙霧和各種有毒氣體,另因空間大,內部環境復雜,被困人員難以疏散,正確逃生,容易造成群死群傷的傷亡情況。
(三)撲救難度較大
第一,內攻難以深入;大跨度鋼結構建筑內部可燃物、助燃劑多,火災荷載特別大,內部障礙多,火災發生時,在沒有人工照明的情況下,疏散被困人員、強行內攻救人和深入建筑內部防御都非常困難。
第二,內攻時障礙物多;大跨度鋼結構建筑內部空間大,塌落物多,給進攻路線設下了不規則障礙,又比如商場內柜臺間隔亂,車間里設備布置復雜,廠房內設施復雜、地表情況不熟悉。在實施內攻時,轉移陣地和延長內攻路線十分困難。
第三,易造成消防官兵傷亡;首先,大跨度鋼結構建筑高大,火勢發展迅速,熱傳導速度很快,建筑內部頂部塌落物多,內攻時很容易被砸傷。其次,因為鋼結構耐火性差,內部面積大,熱傳導又快,整座或大面積屋頂很難預計坍塌時間。因此撲救大跨度建筑火災容易造成消防官兵人員傷亡。
第四,搜尋、清障難度較大;大跨度鋼結構商場、廠房內部間隔設置較為復雜,一旦發生火災,很難確定建筑內遇難人員和被困人員位置,如果再發生坍塌,建筑外墻結構互相牽連、橫七豎八將導致搜尋、清障非常困難。
大空間大跨度結構建筑在工業、民用建筑領域中正得到廣泛應用,作為消防部門更應積極研究該類建筑火災特點、火災隱患以及撲救該類火災行之有效的戰術,以應對越來越復雜的火災形式。