浅谈超大空间建筑防火构造设计

【关键词】大空间建筑；防火；构造；设计 

　　在建筑设计中应针对不同情况合理地应用不同的防火分隔措施。只要明确了防火细部构造问题，并在实际中认真贯彻执行，就一定能够做到“预防为主，防消结合”并“防患于未然”。超大空间建筑由于其跨度大，总长度长，其屋盖形式目前在世界上可供选择的做法并不很多，几乎只有大跨度钢屋架体系和大型钢结构网架体系或钢悬索结构屋盖体系是可行的。概括起来，可用材料均为钢材。用钢材制作的屋盖体系的确有其不可替代的优点，经济性强重量轻（较钢砼结构而言）且可以制成大跨度体系，使建筑师的设计构想得以实现，使大空间的使用功能得以实现。但钢结构屋盖体系有着一个致命的弱点，即钢结构不能承受高温。在火灾发生时，一旦钢结构被加热到600℃左右时，钢材的屈服强度大大降低，使屋盖结构软化变形，失去支承能力，导致整个屋盖系统坍塌。如屋盖为整体网架或悬索体系，既便是局部的屋盖受热损坏，也很可能会引起连锁反应，影响到整个屋盖体系。所以对于钢结构屋盖体系进行防火处理，十分重要。《高规》第5.5.1条、第5.5.2条对此做了专门的规定：屋顶金属承重构件，中庭屋顶金属承重构件均“应采用外包敷不燃烧材料或喷涂防火涂料等措施，并应符合1.5小时以上的耐火极限或设置自动喷水灭火系统”。目前钢屋盖的防火处理做法有以下几种： 

　　1　采用外包敷不燃材料做法 

　　一般说来，这种作法是指直接在钢屋架杆件上外包装饰性防火板材，这种板材是硅酸钙与无机纤维压制而成的一种软质防火装饰板。屋架系统杆件纵横交错，外包板材在实际操作上有很大困难，效果既不经济也不美观。采用不燃板材保护钢结构屋盖系统的作法，实际是在钢屋盖下作一层可阻燃的吊顶，一般做法是在钢屋架下弦杆件上直接安装一层轻质钢筋混凝土预制板件。板的下表面安装用防火材料制成的装饰面层。这种做法的特点是既能起到对钢结构屋盖体系的防火保护作用，又同时兼做室内的装饰吊顶，这种作法比较美观，但造价比较昂贵，一般来说，这种作法适合于剧场、影院观众厅的屋盖。也可在一定范围内用于体育馆建筑。对于超大空间建筑，笔者认为这种作法并不适合。原因是这种作法过于昂贵，对于超大空间建筑的功能来说并无必要，为此做出较大经济投入也是不值得的。 

　　2　外涂防火涂料 

　　钢结构防火涂料可分为薄层涂料和厚层涂料。厚层钢结构防火涂料的涂层厚度至少为1.5cm厚，一般厚度达2.0～3.0cm厚，经权威部门测定其耐火极限可达2小时以上，更有些防火涂料其耐火极限甚至可达4小时以上。这种涂料采用的原料是保温隔热骨料、无机胶结材料和性能调节剂等，具有良好的防火性能，重量轻，对人体无害，不会造成对环境的污染等优点。其缺点是由于涂层厚，表面较为松散、不平整，因此暴露在外面不够美观，且容易损坏剥落。另有一种防火涂料是薄层涂料，薄层防火涂料喷涂厚度仅为4～5mm，它适合于喷涂在露明钢屋架表面，其表面平整，还有多种色彩可供选用。但由于薄层防火涂料的耐火极限仅为一小时左右，使用时应谨慎。 

　　3　自动喷水系统 

　　自动喷水系统对钢屋盖系统进行直接的保护，其主要作用是通过水直接作用在钢材表面上起到对钢材的冷却作用。在钢结构屋盖体系的下部安装自动喷水管道系统，采用上喷式喷头，使水向钢屋盖的杆件均匀连续喷射，达到冷却钢材，保护屋盖的目的。冷却钢材的喷洒水同时也对馆内着火点起到一定的灭火作用，可谓一举二得。这种方法用在超大空间建筑的钢结构屋盖系统是比较合适的。笔者认为，也可同时采用两种方法相结合的方式对钢屋盖系统进行保护，效果更佳，如在钢屋盖杆件上喷涂薄层防火涂料和对钢屋盖实施喷水保护，这样，既可起到防火保护，同时又保证屋盖的美观效果。 

　　4　水冷却系统 

　　超大空间建筑的屋盖由于覆盖面积非常大，通常采用钢结构网架屋盖体系，由于结构的杆件一般采用钢管杆件，而其结点通常采用球结点，焊接球结点或螺栓球结点。试想如果结构体系的杆件之间都是空心且相通的，向管内注入连续的水流，通过水流的冷却作用，使钢管降温，从而达到了保护钢构件，使得火灾时不会达到使构件软化变形的温度，也就保护了整个钢结构屋盖系统。当然了，这个冷却系统的形成，有很多技术问题需要解决： 

　　（1）水冷却系统应是自动加压供水系统，如同水喷淋系统一样与火灾自动感烟或感温系统形成联动。由于钢结构屋盖系统非常庞大，可将其分为若干区段，这样可以根据建筑物起火部位，自动或手动起动冷却水系统，既达到保护作用，又可不致造成设计水量过大。 

　　（2）在进行钢屋盖系统设计时，应充分考虑钢管内水流满载时所增加的水重量部分的荷载。 

　　（3）水冷却系统建议设置回收水池，回收水的温度较高，但它完全可以作为喷淋水加以利用，所以整个消防水量不会因为设置了水冷却系统而增加。当然了，这种冷却水系统在非钢管结构的体系如型钢屋架体系是不适用的，我们也可考虑将屋架设计成钢管屋架，冷却系统则又是适用的了。这种屋架在深圳中康彩色显像管玻壳厂的主厂房设计中已经实现了，该屋架跨度达45米，杆件完全采用焊接连接，因而从结构上完全可以满足冷却水系统的设计要求。在钢网架系统中，为了使冷却水流通畅无阻，减少结点处的瓶颈，建议采用焊接空心球结点。笔者认为钢结构屋盖体系的循环水冷却系统是在火灾时能起到有效保护作用的—个既经济、实用又可行的方法。 

　　5　结束语 

　　鉴于我国国情和经济体制的关系，目前对于超大空间建筑无论在消防设计，还是在消防产品开发上与国外相比仍有一定差距。这就要求我们工程设计人员、公安消防机构尽快学习国外先进经验技术，开发新型消防产品设施。在消防系统设计上，优先保证人员在火灾中的安全，同时考虑如何减少火灾的发生和火灾的损失，防止火灾大面积蔓延，最大限度地降低火灾对财产、环境的破坏。利用性能化设计的思想，弥补现行防火规范的不足，适应飞速发展的社会需求，最大限度地保障人民生命财产安全。 

　　参考文献 

　　[1]田玉敏.大空间建筑防火分区设计的探讨[J].消防技术与产品信息，2004，（4）：11—13 

　　[2]钱耀民，胡晓文，高大空间公共建筑消防设计探讨[J].时代消防，2007，（7）：22—25