膜结构建筑防火安全技术初探(doc34)(1)eniv.docx
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1、膜结构建建筑防火火安全技技术初探摘要本文针对对膜结构构建筑物物这种特特殊的建建筑形式式,采用用性能化化的防火火设计方方法,对对膜建筑筑提出一一些新的的防火措措施,确确保其防防火安全全性。关键词词 膜膜结构建建筑物 性能化化防火设设计 防火安安全性 1.引言言 建筑工工业科技技水平的的提高,城城市社会会发展的的功能需需求,使使现代建建筑发生生了巨大大的变化化。建筑筑物呈现现出向超超大空间间方向发发展的趋趋势。膜结构是是一种全全新的建建筑结构构形式,它它以优良良的织物物为材料料,利用用柔性钢钢索或刚刚性支撑撑结构通通过弯曲曲内面力力传送,将将膜面绷绷紧。从从而形成成具有一一定刚度度、张力力,能够够
2、覆盖大大跨度空间间的结构构体系。与与其它结结构形式式相比,膜膜结构在在结构体体系以及及朝着生生态建筑筑,实现现“零排放放”的目标标上有着着巨大的的优势。(见见图一)(图一、膜膜结构)然而新型型的建筑筑形式对对传统的的建筑防防火设计计理念形形成了巨巨大的冲冲击。对对于膜建建筑来说说,其结结构特殊殊、空间间巨大,在在防火分分区的划划分、疏疏散距离离的确定定等方面面都超出出了现行行规范的的要求。所所以我们们提出了了性能化化的防火火设计方方法,从从建筑物物的整体体安全性性去考虑虑,合理理灵活的的选择各各项防火火措施,确确保膜建建筑的防防火安全全性。2.膜结结构建筑筑物的特特点和火火灾危险险性2.1.建
3、筑特特点2.1.1 建建筑体量量的庞大大化。膜膜建筑的的最大优优势就在在于它能能够自由由灵活的的覆盖大大跨度的的空间。例例如19996年年亚特兰兰大奥运运会的主主场馆“佐治亚亚穹顶”(Geeorggia Domme),屋屋顶尺寸寸为24401933,总总面积为为 3.7万mm2,是目目前世界界上最大大跨度索索穹顶结结构的屋屋顶。(见见图二) (图二二、佐治治亚穹顶顶) 2.1.22结构外外壳的轻轻灵化,通通透化使使得建筑筑的跨度度增大,荷荷载减小小。特氟龙龙膜面(TTEFLLON)厚厚度仅为为.,自自重11100ggm2;用钢钢量为kggm2,远远远轻于普普通的钢钢结构和和砼结构构。 2.1.
4、33建筑形形态飘逸逸、灵活活。体现着着艺术与与建筑的的相结合合。2.2火火灾危险险性2.2.1 火灾隐隐患多。膜结构建筑特别适合作为一个城市的标志性建筑。所以它通常综合性强,功能复杂。例如苏州国际展览中心,一个中心展厅可供上千家单位同时参展。大量的展台装修,繁杂的电气线路,加之参展单位消防意识高低不同,管理困难,所以存在很多火灾隐患。 22.2.2 火火灾蔓延延快。膜膜结构建建筑物通通常建筑筑体量都都很大,内内部都有有较大的的和较高高的空间间。一旦旦发生火火灾,各各种垂直直通道起起拔火桶桶作用。当当烟气到到达膜面面以下时时,顶部部气流水水平运动动,致使使火灾横横向扩大大。19985年年5月英英
5、国布拉拉德福德德体育馆馆看台着着火,当当时正在在进行比比赛,场场内有1120000名观观众,火火灾是由由于烟头头点燃垃垃圾引起起的,出出现明火火一分钟钟以后,火火焰就蔓蔓延到主主看台后后面的屋屋顶,火火焰猛烈烈延伸向向下面的的可燃物物辐射热热能,造造成下面面看台火火焰迅速速向水平平方向发发展,引引起屋顶顶结构也也随之燃燃烧,大大火约烧烧了七个个多小时时,场内内座位和和看台全全部被烧烧毁。被被烟气烧烧死和熏熏死的观观众达552人,受受伤者有有2000多人,轰轰动英伦伦。从起起火到火火势蔓延延扩大只只有短短短的一分分钟,可可见蔓延延速度之之快。 22.2.3 疏疏散困难难。此类类建筑因因空间巨巨大
6、,人人员在膜膜空间内内到达室室外出口口的距离离长,因因此疏散散时间就就长。烟烟雾向上上和向水水平方向向快速蔓蔓延,挡挡住了疏疏散人员员的视线线,增大大了疏散散难度。另另外,大大空间内内人员多多,疏散散时容易易发生滞滞留。 22.2.4 扑扑救难度度大。扑扑救膜建建筑这种种大空间间建筑物物火灾往往往会遇遇到很多多的困难难。例如如:热辐辐射强,烟烟雾浓,火火势蔓延延速度快快、途径径多。另另外,面面对新型型的膜建建筑,我我们缺乏乏扑救这这类大空空间建筑筑物火灾灾的实战战经验,这这给消防防灭火的的登高作作业、内内攻侦察察、火场场供水等等都带来来不少困困难。3. 膜膜结构建建筑物的的防火设设计3.1 膜
7、结构构建筑物物防火设设计的原原则膜建筑结结构形式式独特,建建筑空间间巨大,其其防火分分区面积积和疏散散距离等等均远远远超过现现行规范范的要求求。所以以,我们们在考虑虑膜建筑筑防火安安全时就就要引进进一种新新的防火火设计方方法性能化化防火设设计。这种新的的防火设设计方法法,在评评价防火火安全时时,不是是按建筑筑物规格格式的条条件,而而是看其其是否满满足所要要达到的的标准值值。所谓谓标准值值,就是是将建筑筑物在防防火方面面应具备备的基本本条件用用数值表表示出来来,以此此作为防防火的基基本要素素。切合合建筑物物自身特特点,从从整体去去考虑,只只要使建建筑物整整体达到到防火安安全要求求,就可可以创造造
8、新的建建筑空间间,并可可以考虑虑其设计计的合理理性和经经济性。膜结构建建筑物按按照现行行法规很很难实现现其特殊殊空间的的安全性性评价,以以及为了了提高建建筑物整整体安全全性能,而而试图减减轻有关关防火措措施等方方面的问问题。只只有采用用性能化化设计,通通过计算算机模拟拟和危险险评估,在在制定膜膜结构建建筑物的的防火方方案时,综综合考虑虑地区、规规模、用用途、空空间构成成、建筑筑材料、设设备及防防火管理理等方面面,预测测火灾时时的火势势蔓延、烟烟气流动动、疏散散、结构构的状态态等性状状并确定定评价方方法,以以得出适适应火灾灾各阶段段的防火火对策。3.2 建筑防防火设计计3.2.1 总总平面布布置
9、 膜建筑筑一般占占地面积积都很大大,建筑筑总长度度都在2220以上。一一旦发生生火灾,必必然给消消防人员员扑救火火灾和内内部空间间人员疏疏散带来来极大的的不便,容容易延误误灭火时时机,造造成重大大损失。因因此在该该类建筑筑四周设设环行消消防车道道是十分分必要的的。同时大型型展览中中心和体体育场馆馆往往位位于城郊郊,远离离城市公公安消防防站,而而其布展展时人员员密集、物物资集中中,火灾灾危险性性大。火火灾发生生时,如如不能在在小火期期间将其其扑灭,势势必酿成成大火,扑扑救难度度相当大大。因此此,在该该类建筑筑附近配配套建设设一个高高标准的的消防站站也是十十分必要要的。如如厦门市市政府在在距厦门门
10、国际会会展中心心8000处专专项投资资建设了了一个高高标准的的公安消消防站,确确保灭火火于萌芽芽阶段。美美国的丹丹佛国际际机场,设设有三个个消防站站,按照照国际民民航消防防救护“两分钟钟到达跑跑道终端端”的要求求,分布布在适当当位置,而而且离膜膜结构航航站楼也也很近。另外,膜膜结构在在其选址址的时候候,要考考虑到周周围环境境对它的的影响。应应远离火火灾危险险性较大大的工厂厂和堆场场,防止止外来飞飞火引发发火灾。3.2.2 防防火分区区 国内现现行的建建筑设计计防火规规范(GGBJ16-87)和和高层层民用建建筑设计计防火规规范(GGB5000455-955)分别别规定,当当其设有有火灾自自动报
11、警警系统和和自动灭灭火系统统,且采采用不燃燃材料或或难燃材材料装修修时,地地上部分分防火分分区的允允许最大大建筑面面积分别别为50000平平方米和和30000平方方米。而而膜结构构建筑物物由于其其大空间间使用功功能的需需要,以以展厅或或独立的的使用空空间划分分防火分分区时,其其面积不不同程度度的超出出了我国国现行规规范的指指标。如如苏州国国际展览览中心主主体展厅厅为85500平平方米。有有关资料料也表明明,目前前世界上上著名的的丹佛国国际机场场(5.1万平平方米)、日日本东京京TOKKYO DOMME(BBig Eggg 4667555平方米米)均将将整个主主体空间间做成一一个防火火分区。这这
12、样设计计,国外外消防技技术规范范是允许许的。国外消防防技术规规范对这这类使用用功能的的膜建筑筑不按固固定面积积划分防防火分区区固然有有其科学学依据,但但发达国国家的防防火灭火火技术相相对先进进,我们们不能简简单的效效仿或等等效采用用,而只只能在执执行我国国消防技技术规范范的前提提下,有有选择性性的进行行借鉴,通通过性能能化的设设计采取取相应的的补救措措施。由于结构构特殊和和功能需需要,膜膜结构是是一个没没有分区区的空间间,用普普通建筑筑中的防防火墙和和防火卷卷帘划分分防火分分区难以以实现。但但防火分分区的面面积又确确实已远远远超过过现行规规范,所所以我们们必须从从以下几几个方面面予以控控制和补
13、补救。(一一)主体体空间可可不再作作防火分分隔,但但面积必必须严格格控制,不不能一味味的追求求“大”。特别别是展览览中心,宜宜控制在在800001100000平方方米以内内。有关关资料也也表明,一一个80000100000平平方米的的展馆,足足以独立立作为任任何性质质的国际际标准展展厅使用用;(二二)膜空空间和与与之相连连的部分分之间必必须设置置有效的的防火分分隔设施施,防止止火势向向膜空间间以外的的其它空空间蔓延延;(三三)防烟烟分区的的划分、排排烟设施施、疏散散诱导系系统及疏疏散出口口个数、宽宽度的设设计,应应在执行行我国现现行规范范的基础础上,积积极借鉴鉴国外同同类建筑筑消防设设计的先先
14、进做法法,优化化设计,以以弥补面面积超标标造成的的不足。3.2.3防烟烟分区及及防排烟烟设计3.2.3.11烟气的的危害 烟气往往往比火更更可怕,许许多火灾灾案例证证明:火火灾中烟烟气是危危害人生生命的第第一大杀杀手。日日本“千日”百货大大楼火灾灾死亡1118人人中有993人是是被烟熏熏死的。在在火灾中中,烟气气弥漫,能能见度被被降低,延延误了疏疏散时间间;大量量高温有有毒气体体的存在在,使人人降低和和逐渐丧丧失了逃逃生能力力;高温温烟气有有着与火火一样的的对建筑筑结构破破坏的作作用。就就膜建筑筑来说,其其防火分分区面积积和疏散散距离都都已超标标,所以以对这类类建筑的的大空间间参照国国外规范范
15、和同类类建筑的的做法进进行妥善善的防烟烟设计显显得由为为重要,以以有效地地控制高高温烟气气的无序序流动,阻阻止火势势的迅速速蔓延,保保证人员员的安全全疏散。3.2.3.22防烟分分区的划划分膜建筑在在主体大大空间内内无构造造柱与梁梁,是一一个连续续完整的的空间。所所以通常常在普通通建筑中中所采用用的防烟烟方式如如挡烟垂垂壁等在在膜空间间内就很很难适用用。在防烟设设计时,针针对它特特殊的结结构体系系,我们们需要采采取特殊殊的处理理方式。有有关资料料表明,国国内外许许多著名名的大空空间建筑筑物如多多伦多国国际机场场新候机机楼、南南京国际际会展中中心等工工程均按按照NFFPA992144的烟控控系统
16、标标准对大大空间区区域进行行了设计计,利用用空间上上方结构构体系,挂挂上以耐耐火纤维维为基材材的轻质质幕布,平平时卷起起,在火火灾报警警后自动动放下,悬悬停于一一定高度度进行防防烟分区区,划分分的面积积在10000平平方米左左右,代代替了传传统的挡挡烟垂壁壁,效果果明显。3.2.3.33膜空间间的排烟烟方式由于膜空空间的整整体性和和封闭性性,所以以几乎没没有开窗窗,有也也只是很很少的固固定窗。这这样自然然排烟就就受到很很大的限限制,只只能主要要依靠机机械排烟烟。机械排烟烟效率高高,受外外界环境境影响小小,不过过安装方方式、位位置以及及吸排风风量均需需谨慎选选择。因因为膜空空间不同同于普通通空间
17、,在在高大的的空间内内热烟气气流运动动复杂。实实践证明明在大空空间建筑筑物内,若若风机安安装方式式或风量量配置不不当,反反而会造造成烟气气弥散,扩扩大烟气气的危害害范围。这里我们们提出“烟羽流流”的概念念。在火火灾中,随随着燃烧烧的进行行,高温温燃烧产产物在浮浮力驱动动下流向向顶棚。于于是,在在火源上上方形成成了“烟羽流流”。沿着着羽流轴轴线,周周围的冷冷空气受受到横向向卷吸,冷冷空气与与羽流中中的热烟烟气发生生掺混,因因而随着着高度上上升体积积增大,羽羽流质量量不断增增加,同同时羽流流的平均均温度和和燃烧产产物的平平均浓度度不断下下降。羽羽流到达达顶棚时时将会横横向散开开,形成成上部热热烟气
18、层层,由于于受空气气自然流流动和机机械排风风作用,羽羽流烟气气不断向向上充填填,烟气气层的厚厚度不断断增加,在在上部烟烟气层和和下部洁洁净空气气层中间间出现比比较明显显的分界界面,并并且它随随着时间间的推移移慢慢下下降。这类超大大空间建建筑物的的排烟设设计可考考虑分为为三个步步骤:第第一步是是控烟,即即通过一一定的送送风强度度将火灾灾烟气吹吹向一个个固定的的空间内内,使烟烟气不会会无规则则扩散;美国丹丹佛国际际机场膜膜结构航航站楼内内上下均均设有大大功率送送排风机机,平时时送进110%的的新鲜空空气,火火灾时则则送进1100%的新鲜鲜空气,送送风强度度很大,经经测试,扩扩散的烟烟气不会会超过2
19、20%。第第二步是是蓄烟,即即利用建建筑物自自身的大大空间条条件设计计“储烟仓仓”将烟气气蓄积,形形成距地地面有一一定高度度的无烟烟层(储储烟仓容容积的确确定要经经过计算算,太小小则上升升的烟羽羽流将迅迅速充满满空间,太太大就会会使周围围的冷空空气大量量地混入入热气羽羽流,烟烟雾颗粒粒和有毒毒气体的的温度和和浓度则则被降低低而失去去浮力。);第三是是排烟。国国外研究究机构通通过计算算机模拟拟证明:如果一一个烟控控系统设设计适当当,可以以防止烟烟在300455minn内聚集集在距地地面34处处。这段段时间对对于人员员疏散是是极其宝宝贵的,同同时也给给灭火创创造了有有利条件件。3.2.3.44膜空
20、间间的排烟烟设计 在膜空空间中进进行机械械排烟应应达到以以下目的的:确保人员员安全。在在火区内内部通过过机械排排烟,保保证人员员通行高高度以下下空间不不受烟气气污染;减少财财产损失失。必要要时应按按受保护护物品的的高度控控制无烟烟层高度度;阻止烟烟气扩散散。将烟烟控制在在防烟幕幕布内,阻阻止其向向邻近防防烟分区区蔓延;协助火火灾扑救救。通过过排烟提提高能见见度和降降低烟气气温度将将有助于于消防人人员接近近火区扑扑救。现行建筑筑排烟量量通常按按照高高层民用用建筑防防火设计计规范(GGB5000455-955)提提供的换换气次数数来确定定。即中中庭空间间体积170000立立方米时时,其排排烟量则则
21、按其体体积的44次/hh计算,实实验和计计算机表表明这种种方法并并不严密密,并没没有考虑虑到建筑筑空间的的差异和和火灾强强度因素素的影响响。针对对膜结构构这种超超大空间间建筑物物,我们们结合国国外先进进的研究究成果提提出以下下设计方方法。一个设计计良好的的排烟系系统应能能及时排排除烟气气,在一一定时间间内提供供适当的的无烟气气污染层层高度。所所以确定定排烟量量时应考考虑下列列因素: 确定定火灾强强度和火火场大小小; 确定定烟层高高度; 计算算烟气上上升过程程中吸卷卷入的空空气量;(烟气气量+吸吸卷入的的空气量量=排风风量) 验算算由防烟烟幕布构构成的“储烟仓仓”的深度度和面积积是否能能够承接接
22、烟气; 确定定排风口口部位位位置、大大小; 分析其他他可能影影响排烟烟效果的的因素。图三、火火区示意意图 烟气质质量流量量文献11给出出了计算算火灾时时烟气流流量的公公式,此此公式的的有效性性同时被被实验2所所证实; (1)式中Mff:从火火区进入入烟气层层的烟气气质量流流量Kgg/s;P:火场场的周长长m;Y:烟气气底部层层距地高高度(即即无烟层层高度)m;(见图三)。可见,排排烟量与与火场的的大小和和无烟清清洁层有有关,清清洁层越越高烟气气在上升升的过程程中卷吸吸入的空空气量就就越大,相相应的排排烟量也也越大。(图图四)表表示了在在两种典典型火区区范围内内排烟量量与无烟烟层高度度的关系系。
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