匡文杰

1.大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)的重要性

1.1 鋼結(jié)構(gòu)建筑的性質(zhì)

從物理的角度上看，鋼結(jié)構(gòu)建筑中的原材料鋼本身具有一定的耐熱性，不具有易燃的性質(zhì)，從理論上來講它本可以成為一種理想的防火材料，想要改變鋼材料的形態(tài)，除非火溫在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到500℃，才有可能改變鋼材的形態(tài)，顯然常態(tài)下的意外失火是不可能短時(shí)間內(nèi)造成這樣的溫度，這樣一來火勢(shì)是可以人為撲滅的[1]。但是這只是理論基礎(chǔ)，鋼結(jié)構(gòu)建筑實(shí)際應(yīng)用時(shí)的結(jié)果卻不是這樣。由于現(xiàn)實(shí)生活中鋼結(jié)構(gòu)建筑大多是以廠房、體育館、大庫房等大框架結(jié)構(gòu)建筑為主，這些建筑的內(nèi)部空間較大，基礎(chǔ)設(shè)備較多，通風(fēng)性較好，因此當(dāng)某個(gè)地方起火時(shí)，良好的通風(fēng)性為火勢(shì)的蔓延提供了條件，此外由于內(nèi)部設(shè)施眾多，給消防員滅火工作造成了很大的影響，實(shí)際情況下大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑一旦起火就很難撲滅，有關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該重視這一點(diǎn)，尤其是鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)師，必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的防火措施。

1.2 大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑耐火性較差

鋼材在建筑學(xué)中應(yīng)用廣泛，它是由鋼錠、鋼坯通過外力干擾擠壓形成的，具有良好的抗震性、優(yōu)質(zhì)的抗彎性、超強(qiáng)的硬性等性質(zhì)，成為大型建筑框架構(gòu)造必不可少的組成部分。除此之外，部分鋼材還具有良好的延展性，這解決了建筑設(shè)計(jì)中材料不能彎曲的問題，為很多美學(xué)建筑提供了便利。因此鋼材在建筑行業(yè)中的地位優(yōu)勢(shì)顯著，深受設(shè)計(jì)師的青睞。但是鋼結(jié)構(gòu)建筑有一個(gè)致命的弱點(diǎn)，即防火性非常差，它的機(jī)械性能，如屈服點(diǎn)、抗拉及彈性模量等，均會(huì)因溫度的升高而急劇下降。鋼結(jié)構(gòu)在溫度達(dá)到350℃、500℃、600℃時(shí)，其強(qiáng)度分別為1/3、1/2、2/3。不僅如此，高溫的環(huán)境下，鋼材的形態(tài)會(huì)發(fā)生巨大的改變，結(jié)構(gòu)承重能力急劇下降，理論上來講，鋼材形變的溫度在300℃左右，但是大火蔓延后內(nèi)部的溫度高達(dá)1000℃，因此這種環(huán)境下鋼材完全不具備防火性，短時(shí)間內(nèi)整體的鋼材結(jié)構(gòu)會(huì)瞬間形變，沒有了結(jié)構(gòu)框架的建筑會(huì)瞬間坍塌，造成人員傷亡[2]。目前世界上有很多鋼結(jié)構(gòu)建筑失火造成人員傷亡的案例，2009 年紐約發(fā)生了駭人聽聞的“9·11 事件”，四架民航飛機(jī)遭到恐怖分子的挾持撞向世界貿(mào)易大廈瞬間爆炸，造成了很大的火勢(shì)，高溫下世貿(mào)大廈的內(nèi)部鋼結(jié)構(gòu)瞬間變形，僅僅片刻這棟世界高樓就此坍塌，由于缺少防火設(shè)計(jì)，導(dǎo)致很多消防隊(duì)員在沒有準(zhǔn)備的情況下就被永遠(yuǎn)地掩埋在這片廢墟之下，因此鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火性能很差，設(shè)計(jì)師必須有針對(duì)性地進(jìn)行防火措施設(shè)計(jì)。

2.大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)中存在的問題

2.1 防火設(shè)計(jì)實(shí)際應(yīng)用缺失

目前，大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)中存在著很多的問題，其中一個(gè)就是防火設(shè)計(jì)不符合實(shí)際要求，設(shè)計(jì)人員空有紙上談兵的能力，而忽視了防火設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用。有些設(shè)計(jì)人員對(duì)相關(guān)防火知識(shí)掌握不牢固，缺乏實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致設(shè)計(jì)出來的防火措施無法應(yīng)用到實(shí)際生活中去。例如多數(shù)的高層會(huì)設(shè)置電梯、排氣道等貫穿整個(gè)樓層的設(shè)備，部分設(shè)計(jì)師在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)忽略了防火分隔措施，或?qū)Ψ阑鸱指舸胧┑奶幚聿坏轿唬瑢?dǎo)致火災(zāi)發(fā)生時(shí)，貫穿樓層的設(shè)備形成一個(gè)天然的阻火坑道，幫助火勢(shì)更快地蔓延，進(jìn)而導(dǎo)致火勢(shì)失控，甚至造成更大的人員傷亡。

2.2 防火設(shè)計(jì)較差

在建筑行業(yè)中，有的企業(yè)對(duì)原材料偷工減料，有時(shí)似乎成為建筑行業(yè)的一種常態(tài)，這種行為的目的僅僅是節(jié)約成本，牟取利益。很多建筑團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行材料選購的過程中，挑選的材料嚴(yán)重不符合國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，劣質(zhì)的鋼材耐火性極差，一般在300℃左右便會(huì)產(chǎn)生形變，這種劣質(zhì)鋼材構(gòu)成建筑安全極大隱患，對(duì)居民的生活造成了巨大的影響，國家應(yīng)該加強(qiáng)監(jiān)管力度，嚴(yán)懲建筑中偷工減料的行為[3]。

2.3 內(nèi)部主體結(jié)構(gòu)防火性能設(shè)計(jì)較低

目前，我國對(duì)鋼材使用的防火性能還沒有一個(gè)合理的標(biāo)準(zhǔn)，沒有國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，缺乏經(jīng)驗(yàn)的建筑部門在進(jìn)行材料選購時(shí)會(huì)出現(xiàn)很大的偏差，不僅如此，科技進(jìn)步的今天，越來越多的新型材料不斷進(jìn)入市場(chǎng)，標(biāo)準(zhǔn)制定的難度進(jìn)一步加強(qiáng)，加之一些新型材料存在一些問題，得不到及時(shí)發(fā)現(xiàn)，建筑設(shè)計(jì)師將其應(yīng)用到鋼結(jié)構(gòu)建筑中去，往往會(huì)產(chǎn)生一些新的隱患[4]。數(shù)據(jù)分析顯示，部分新型鋼材的耐火性在火溫達(dá)到40℃時(shí)就有可能發(fā)生改變，這是一種非?？膳碌母拍睿坏┦Щ?，人員傷亡在所難免。

3.大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑防火設(shè)計(jì)措施

3.1 優(yōu)化建筑的防火設(shè)計(jì)

針對(duì)大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑防火性差的問題，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該優(yōu)化建筑的防火設(shè)計(jì)，以此保障鋼結(jié)構(gòu)建筑的安全性。設(shè)計(jì)師在進(jìn)行防火設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該了解不同材料的防火性能，嚴(yán)格按照國家的規(guī)定指標(biāo)進(jìn)行材料選取，合理地設(shè)置消防設(shè)備，確保整個(gè)建筑的出水系統(tǒng)能夠持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)師在進(jìn)行優(yōu)化建筑防火設(shè)計(jì)時(shí)可以從以下方面著手：（1）從電氣防火著手，一般而言電氣失火是消防中難以解決的一個(gè)難題，由于電氣連接著眾多的家電設(shè)備，一旦起火便會(huì)發(fā)生一系列的連鎖反應(yīng)，短時(shí)間內(nèi)造成電路短路失火，設(shè)備爆炸，多處電器會(huì)成為火源，不僅如此，由于水的導(dǎo)電性強(qiáng)，這種失火還不能通過水進(jìn)行撲滅，因此設(shè)計(jì)人員應(yīng)該優(yōu)化電氣內(nèi)部結(jié)構(gòu)，采取特殊的材料，將電氣運(yùn)輸?shù)墓芫€進(jìn)行加強(qiáng)保護(hù)，減少因電氣設(shè)備損壞而造成火災(zāi)的可能性。（2）建筑師在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該設(shè)置避難層，避難層的隔板由防火材料組成，可以將內(nèi)部空間與外部相隔絕，一般而言，高層失火會(huì)出現(xiàn)一種情況，失火源上層建筑的居民無法突破失火區(qū)，只能等待救援，而火勢(shì)的蔓延往往是快速的，如果沒有避難層，這些居民很有可能等不到救援便被大火吞噬了，因此設(shè)計(jì)師應(yīng)該制定相應(yīng)的避難層，裝備一定的消防設(shè)備，十萬火急的情況下，避難人員可以通過這些救生裝備獲得一線生機(jī)[5]。一般比較合理的避難層設(shè)計(jì)在第15 層，這個(gè)高度是經(jīng)過嚴(yán)密的數(shù)據(jù)分析得到的結(jié)果，15 層以下消防人員可直接展開營(yíng)救。

3.2 加強(qiáng)電氣防火設(shè)計(jì)

調(diào)查研究顯示，多數(shù)建筑失火都是電氣設(shè)備使用不當(dāng)造成的，因此對(duì)于大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑而言，防火設(shè)計(jì)最該考慮的就是消除電氣帶來的安全隱患，通過電氣防火設(shè)計(jì)從而減小失火的可能性。如何進(jìn)行電氣防火設(shè)計(jì)是一個(gè)學(xué)術(shù)性非常強(qiáng)的問題，設(shè)計(jì)人員必須有扎實(shí)的物理基礎(chǔ)和實(shí)際生活經(jīng)驗(yàn)，例如在電梯設(shè)計(jì)中，供電方法應(yīng)該與一般電氣設(shè)備不同，電梯應(yīng)該采用雙回路供電，同時(shí)火線處還應(yīng)該裝備電容，一旦回路上出現(xiàn)短路的情況，電源會(huì)迅速切斷，將安全隱患直接扼殺。不僅如此，建筑師在進(jìn)行住宅設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)該做好排煙系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，眾所周知，很多火災(zāi)人員傷亡的原因并不是被燒所致，而是因?yàn)樗勒呶肓舜罅恳蚧馂?zāi)所產(chǎn)生的一氧化碳而被毒死，所以排風(fēng)系統(tǒng)的建設(shè)非常重要，另外各層建筑還應(yīng)該安裝相應(yīng)的滅火設(shè)備，如消防栓、滅火器等等，這樣一來鋼結(jié)構(gòu)建筑的防火系統(tǒng)就比較完善了。在大部分住宅建筑當(dāng)中要做好電氣防火設(shè)計(jì)，在現(xiàn)有的防火系統(tǒng)的同時(shí)，提高鋼結(jié)構(gòu)廠房電氣安全系數(shù)，避免各個(gè)線路在長(zhǎng)時(shí)間使用當(dāng)中，產(chǎn)生超負(fù)荷、老化等現(xiàn)象帶來火災(zāi)，從而徹底保障住宅建筑電氣使用功能。并且規(guī)范住宅建筑中各類電氣設(shè)施，保護(hù)居民生命財(cái)產(chǎn)安全。

3.3 運(yùn)用水冷卻法

水冷卻法是鋼結(jié)構(gòu)建筑防火措施中最有效的一種方法，它主要包括水淋冷卻法和充水冷卻法。所謂的水淋冷卻法就是通過在鋼架結(jié)構(gòu)上安裝自動(dòng)灑水系統(tǒng)和傳感器，當(dāng)室內(nèi)溫度達(dá)到傳感器標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，灑水器便會(huì)啟動(dòng)，向鋼結(jié)構(gòu)上噴灑冷卻水，進(jìn)而達(dá)到滅火和給鋼材降溫的效果，很大程度上可以阻止火勢(shì)的蔓延并且保持鋼架的力學(xué)結(jié)構(gòu)不變[6]。充水冷卻法與水淋冷卻法不同，它利用的是水的吸熱能力，通過往空心鋼構(gòu)件中加注冷卻水的方式，吸收外部火勢(shì)的熱量，通過不斷地蒸發(fā)循環(huán)延緩鋼架升溫的速度，保障鋼架力學(xué)結(jié)構(gòu)不會(huì)被改變。理論上講，這是鋼結(jié)構(gòu)防火保護(hù)最有效的方法。但是由于技術(shù)難度較大，加之增加了建筑物的自重，為了防銹和防止水的冰結(jié)，還需要在水中摻加阻銹劑和抗凍劑等，費(fèi)用較高，國外也只有少數(shù)應(yīng)用實(shí)例。

4.結(jié)束語

鋼材是目前世界上應(yīng)用最廣泛的建筑材料之一，以它為框架的建筑牢固、耐用且具有美感，是新時(shí)代建筑發(fā)展的重要基石。但是鋼材高溫下會(huì)產(chǎn)生形變，原有的力學(xué)結(jié)構(gòu)在高溫下不復(fù)存在，短時(shí)間內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)建筑便會(huì)坍塌，因此建筑設(shè)計(jì)師在進(jìn)行大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)重視防火設(shè)計(jì)，確保居民的人身安全。