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關于鋼結構廠房火災特點及防火要點分析
瀏覽次數:287次發布時間:2017-05-03 10:03:27

隨著建筑技術及經濟的發展,廠房、倉庫、體育館等建筑物中較多運用鋼結構,由于這種建筑形式具有結構簡單、施工方便、跨度大、現代感強、內部空間大、內部自由度大以及建造周期短等許多優點,逐步成為企業廠房的主要結構形式。然而,輕鋼結構建筑耐火等級較低,防火性能較差,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,容易發生垮塌,造成人員傷亡和較大火災損失。近年,國內多地發生鋼結構廠房火災,造成人員傷亡和重大財產損失,甚至造成官兵為此受傷犧牲。下面筆者就鋼結構廠房的火災特點談幾點不成熟看法。

一、鋼結構廠房的抗火災能力

鋼結構廠房以鋼柱、網架為主要支撐方式,因而鋼結構的耐火極限決定了廠房的抗火災能力。根據《鋼結構設計規范》(GB50017-2003)鋼結構廠房主要采用碳素結構鋼和低合金高強度結構鋼為主要材料。通常,在全負荷的情況下失去靜態平衡穩定性的臨界溫度為540℃左右,總體機械性能隨溫度的不同而有變化,一般結構溫度達到350℃、500℃、600℃時,強度分別下降1/3、1/2、2/3。在火災中,火場溫度通常會達到800~1200℃,在這樣的環境下,具有較高導熱性能的鋼結構一般會在15min左右,就會出現塑性變形,產生局部損壞,并徹底喪失承載能力導致整體垮塌。

其中,不同墻體材料及溫度特性,對鋼結構的內部溫升和在高溫下的受力變形會產生一定影響。現有鋼結構廠房中,通常采用夾芯板作為間隔墻和外墻,內部以具有較高保溫性能的聚苯乙烯、聚氨酯和巖棉等作為填充材料。前兩者材料的耐火性能較差,易受熱燃燒,會增大建筑火災荷載,加快鋼結構的溫升,降低抗火災能力。而巖棉本身屬無機質硅酸鹽纖維,不可燃,燃燒性能取決于其中粘接劑的類型和數量。一般情況下,金屬夾芯板的耐火極限約10min左右即失去承重功能而垮塌。

二、鋼結構廠房火災特點

火災的發生和發展具有隨機性和確定性的雙重特點。隨機性是指火災發生的起火原因及時間、地點等因素是不定的,受到各種因素的影響,遵循一定的統計;確定性是指在某一特定場合下發生的火災會按基本確定的規律發展蔓延。燃燒過程與煙氣流動過程皆遵循燃燒學、流體力學等物理和化學規律。火災的確定性規律可采用定量化工程研究,一般分成四個主要階段,即:初起階段、發展階段、猛烈階段和熄滅階段。

鋼結構廠房的火災危險性主要體現在著火源荷載、廠房幾何尺寸及火羽流的形態等方面。一般鋼結構廠房的特點是空間較大,空氣充足,四周無附屬圍合建筑,有的大跨度大空間廠房內部甚至形成空氣對流,屬于初期發展最快的軸對稱火羽流。在初期增長階段,熱量迅速累積,在可燃物上方形成溫度較高、不斷上升的火羽流。當羽流受到頂棚的阻擋后,便在頂棚下方向以平均0.5m/s的水平速度四面擴散開來,形成沿頂棚表面平行流動的較薄的熱煙氣層,此后,煙氣受到建筑圍護的阻擋和冷卻,達到了一定厚度時又會慢慢向內部火源處擴展,形成逐漸增厚的熱煙氣層,從而縮短進入發展猛烈階段的時間。當著火源發展至多處時,在火源間形成漩渦,影響空氣對流,造成熱量加速積聚,達到充分發展階段,熱煙氣層的溫度與中心溫度相差無幾。

三、鋼結構廠房防火需注意的問題

(一)火災危險性認定。

火災危險性應由生產、存儲物品及工藝流程來共同確定。一幢廠房作為不同危險性的生產,或使用、存儲不同危險性物品的,其消防要求是不同的。包括個生產階段的動態變化,也可能導致火災危險性改變。因此,設計之初應充分了解工藝流程、原料、成品半成品,考慮未來可能出現的潔凈車間等高危險等級區域,避免遺留后續發展問題。

(二)防火分區劃分。

在無工藝特殊要求的情況下,盡可能的劃分防火分區,有利于減少火災蔓延,為人員疏散和撲救提供有利條件。防火分區上應以分隔局部堆放大量的可燃易燃材料等火災荷載大的部位為重點,根據火勢蔓延途徑,結合結構柱的加固,合理利用防火墻、防火卷簾、水幕等有效分隔。

(三)夾芯板墻體材料。

由于填充材料的可燃性,聚氨酯和聚苯乙烯材料的耐火極限非常低,使用這兩類的建筑,其火災荷載可以上升9%~30%,發生火災時,可以加速依附的鋼結構的溫升,導致建筑的快速垮塌。因此,低等級的廠房應嚴格控制改用火災危險性較高的用途。

(四)防火涂料質量。

防火涂料因質量不同而價格有高低,部分單位為節省投資選擇質量差的防火涂料;且鋼結構的主體設計使用年限一般是50年,而鋼結構防火涂料的使用壽命遠低于50年,企業一般不太可能自行在防火涂料失效后重新涂刷,這樣就造成在鋼結構使用后期,涂覆在其上的防火涂料起不到防火作用。

(五)火場排煙通風。

現有的大部分廠房均為自然通風排煙,相較機械排煙優勢很多,國內的易溶自然排煙窗在鋼結構廠房使用較為合適,在滿足采光需要的同時能夠起到火場排煙。另自然天氣條件下,室外風速越小,正對火源上方頂部排煙越快,隨著風速增加,煙氣被風吹向背風一側,自然排煙效果降低。因此,類似建設屋頂電站的廠房可考慮在適當位置增設天窗或在墻壁上增加通風口,在火場破拆排煙時,應破拆上風方向的墻壁和門窗,迅速排煙,減少新鮮空氣進入火場,能夠有效減緩火勢發展。

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