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钢结构厂房火灾特点及防火的几点分析

发布时间:2019-06-20 09:20:17

  随着建筑技术及经济的发展,厂房、仓库、体育馆等建筑物中较多运用钢结构,由于这种建筑形式具有结构简单、施工方便、跨度大、现代感强、内部空间大、内部自由度大以及建造周期短等许多优点,逐步成为企业厂房的主要结构形式。然而,轻钢结构建筑耐火等级较低,防火性能较差,在高温作用下其力学性能包括弹性模量、屈服强度都会大幅度降低,容易发生垮塌,造成人员伤亡和较大火灾损失。近年,国内多地发生钢结构厂房火灾,造成人员伤亡和重大财产损失,甚至造成官兵为此受伤牺牲。下面笔者就钢结构厂房的火灾特点谈几点不成熟看法。 

  一、钢结构厂房的抗火灾能力  

  钢结构厂房以钢柱、网架为主要支撑方式,因而钢结构的耐火极限决定了厂房的抗火灾能力。根据《钢结构设计规范》(GB50017-2003)钢结构厂房主要采用碳素结构钢和低合金高强度结构钢为主要材料。通常,在全负荷的情况下失去静态平衡稳定性的临界温度为540℃左右,总体机械性能随温度的不同而有变化,一般结构温度达到350℃、500℃、600℃时,强度分别下降1/3、1/2、2/3。在火灾中,火场温度通常会达到800~1200℃,在这样的环境下,具有较高导热性能的钢结构一般会在15min左右,就会出现塑性变形,产生局部损坏,并彻底丧失承载能力导致整体垮塌。  

  其中,不同墙体材料及温度特性,对钢结构的内部温升和在高温下的受力变形会产生一定影响。现有钢结构厂房中,通常采用夹芯板作为间隔墙和外墙,内部以具有较高保温性能的聚苯乙烯、聚氨酯和岩棉等作为填充材料。前两者材料的耐火性能较差,易受热燃烧,会增大建筑火灾荷载,加快钢结构的温升,降低抗火灾能力。而岩棉本身属无机质硅酸盐纤维,不可燃,燃烧性能取决于其中粘接剂的类型和数量。一般情况下,金属夹芯板的耐火极限约10min左右即失去承重功能而垮塌。  

  二、钢结构厂房火灾特点  

  火灾的发生和发展具有随机性和确定性的双重特点。随机性是指火灾发生的起火原因及时间、地点等因素是不定的,受到各种因素的影响,遵循一定的统计;确定性是指在某一特定场合下发生的火灾会按基本确定的规律发展蔓延。燃烧过程与烟气流动过程皆遵循燃烧学、流体力学等物理和化学规律。火灾的确定性规律可采用定量化工程研究,一般分成四个主要阶段,即:初起阶段、发展阶段、猛烈阶段和熄灭阶段。  

  钢结构厂房的火灾危险性主要体现在着火源荷载、厂房几何尺寸及火羽流的形态等方面。一般钢结构厂房的特点是空间较大,空气充足,四周无附属围合建筑,有的大跨度大空间厂房内部甚至形成空气对流,属于初期发展最快的轴对称火羽流。在初期增长阶段,热量迅速累积,在可燃物上方形成温度较高、不断上升的火羽流。当羽流受到顶棚的阻挡后,便在顶棚下方向以平均0.5m/s的水平速度四面扩散开来,形成沿顶棚表面平行流动的较薄的热烟气层,此后,烟气受到建筑围护的阻挡和冷却,达到了一定厚度时又会慢慢向内部火源处扩展,形成逐渐增厚的热烟气层,从而缩短进入发展猛烈阶段的时间。当着火源发展至多处时,在火源间形成漩涡,影响空气对流,造成热量加速积聚,达到充分发展阶段,热烟气层的温度与中心温度相差无几。 

  三、钢结构厂房防火需注意的问题  

  (一)火灾危险性认定。  

  火灾危险性应由生产、存储物品及工艺流程来共同确定。一幢厂房作为不同危险性的生产,或使用、存储不同危险性物品的,其消防要求是不同的。包括个生产阶段的动态变化,也可能导致火灾危险性改变。因此,设计之初应充分了解工艺流程、原料、成品半成品,考虑未来可能出现的洁净车间等高危险等级区域,避免遗留后续发展问题。  

  (二)防火分区划分。  

  在无工艺特殊要求的情况下,尽可能的划分防火分区,有利于减少火灾蔓延,为人员疏散和扑救提供有利条件。防火分区上应以分隔局部堆放大量的可燃易燃材料等火灾荷载大的部位为重点,根据火势蔓延途径,结合结构柱的加固,合理利用防火墙、防火卷帘、水幕等有效分隔。  

  (三)夹芯板墙体材料。  

  由于填充材料的可燃性,聚氨酯和聚苯乙烯材料的耐火极限非常低,使用这两类的建筑,其火灾荷载可以上升9%~30%,发生火灾时,可以加速依附的钢结构的温升,导致建筑的快速垮塌。因此,低等级的厂房应严格控制改用火灾危险性较高的用途。  

  (四)防火涂料质量。  

  防火涂料因质量不同而价格有高低,部分单位为节省投资选择质量差的防火涂料;且钢结构的主体设计使用年限一般是50年,而钢结构防火涂料的使用寿命远低于50年,企业一般不太可能自行在防火涂料失效后重新涂刷,这样就造成在钢结构使用后期,涂覆在其上的防火涂料起不到防火作用。  

  (五)火场排烟通风。  

  现有的大部分厂房均为自然通风排烟,相较机械排烟优势很多,国内的易溶自然排烟窗在钢结构厂房使用较为合适,在满足采光需要的同时能够起到火场排烟。另自然天气条件下,室外风速越小,正对火源上方顶部排烟越快,随着风速增加,烟气被风吹向背风一侧,自然排烟效果降低。因此,类似建设屋顶电站的厂房可考虑在适当位置增设天窗或在墙壁上增加通风口,在火场破拆排烟时,应破拆上风方向的墙壁和门窗,迅速排烟,减少新鲜空气进入火场,能够有效减缓火势发展。

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