滿春超

摘要：由于建筑結(jié)構(gòu)的特殊性和使用方面的需要，且鋼結(jié)構(gòu)具有自重輕、結(jié)構(gòu)性能好、機械化程度高等多項優(yōu)點，大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑成為現(xiàn)代常見的建筑形式。但因鋼材本身耐火性能較差，在高溫作用下諸如彈性模量、屈服強度之類的性能參數(shù)會明顯降低，再加上建筑本身人員密度大、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，一旦發(fā)生火災，極易造成群死群傷惡性事件?，F(xiàn)主要針對大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑進行研究，結(jié)合典型火災案例探尋大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑在火災中發(fā)生坍塌的規(guī)律，并結(jié)合鋼材在火災中的潛在危險，提出火災撲救措施。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；鋼結(jié)構(gòu)；火災；坍塌規(guī)律；撲救措施

近年來，以熱軋H型鋼、彩色鋼板和冷彎型鋼為首的國產(chǎn)建筑用鋼材在數(shù)量、品種、質(zhì)量等方面相比之前有了長足的進步，為鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展創(chuàng)造了良好條件。相比于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)體系具有強度高、自重輕、施工快等優(yōu)點。目前，各類大跨度、大空間鋼結(jié)構(gòu)建筑因其具有空間利用率較大、抗震性能較好、施工建設(shè)周期較短、安裝機械化程度較高、可重復再利用等優(yōu)點得到社會的廣泛應(yīng)用，并且逐漸取代了笨重的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑。但是，隨著各地時有發(fā)生鋼結(jié)構(gòu)建筑重大火災，暴露出此類建筑在安全方面存在著一些先天隱患。現(xiàn)階段大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑的鋼構(gòu)件多為熱軋H型或圓柱形的薄壁結(jié)構(gòu)，截面系數(shù)大，火災發(fā)生時吸收熱量大，溫度上升速度較快，很容易在很短的時間內(nèi)失去穩(wěn)定性和承載力，最終就會造成部分結(jié)構(gòu)出現(xiàn)形變、塌陷，不但會導致經(jīng)濟損失，甚至會造成嚴重的人員傷亡。所以，需要進一步研究大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑存在的火災隱患，并采取針對性措施，規(guī)避危險事故的發(fā)生。同時，在火災發(fā)生后，如何科學有效的組織進攻，在保證救援質(zhì)量的同時，最大限度減少救援人員傷亡，成為當前亟須研究解決的重要課題。

1 大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑概述

1.1? 大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑定義

大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑是指由多根桿件按照一定的網(wǎng)格形式通過節(jié)點連結(jié)而成，且橫跨超過60m的空間結(jié)構(gòu)建筑。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)多為鋼結(jié)構(gòu)或鋼混結(jié)構(gòu)，很多企業(yè)為降低搭建成本，會采用墻體為鋼混、屋頂為鋼結(jié)構(gòu)的廠房搭建形式[1]。例如，上海某倉儲建設(shè)經(jīng)營項目部為所在轄區(qū)物流企業(yè)的代表性企業(yè)之一，該倉庫在建造時為滿足集裝箱卡車裝卸貨，特將地坪提升1.3m后再澆筑1.2m高混凝土砌塊墻，四周采用彩鋼板墻面。該建筑單個倉庫單向橫跨為60m，長80m，高9.8m，內(nèi)設(shè)貨架，貨架分為6層，形成單層面積大、跨度大、層間高，沒有實體分隔的存儲類建筑，是大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)廠房現(xiàn)代設(shè)計的具體體現(xiàn)。

1.2? 大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)分類

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)依據(jù)組成模式可以劃分為三種不同的類型：一是由平面結(jié)構(gòu)組合而成的框架結(jié)構(gòu)；二是由四角椎體單元結(jié)構(gòu)組合而成的框架結(jié)構(gòu)；三是由三角錐結(jié)構(gòu)組合而成的框架結(jié)構(gòu)。

大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑主要組成部分有屋蓋結(jié)構(gòu)、橫向平面排架、支撐、基礎(chǔ)、維護結(jié)構(gòu)等。無論是何種結(jié)構(gòu)的大跨度建筑，建筑所承受的重量荷載基本上都是屋架或梁傳遞給排架柱，再由柱傳遞到基礎(chǔ)及地基，因此，大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑的梁、柱、基礎(chǔ)是重要的承重構(gòu)件，這些部件在火災中如若發(fā)生變形，會導致建筑局部甚至整個建筑重心偏移而發(fā)生坍塌。

1.3? 大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑自身特性分析

1.3.1? 地理位置特殊

以物流企業(yè)大跨度建筑為例，由于物流企業(yè)大跨度建筑的物流中轉(zhuǎn)特殊性，車流、貨物較多，廠房和倉庫等大跨度建筑主要建在當?shù)氐慕紖^(qū)。上海某倉儲建設(shè)經(jīng)營項目部建于上海市某鎮(zhèn)，地理位置幾乎靠上海最西面，位置相對較為復雜，周圍路面狹窄，其他社會車流量較大，并且郊區(qū)的市政消防設(shè)施較為欠缺，救援難度較大。

1.3.2? 周圍毗連建筑多

按照統(tǒng)一規(guī)劃的原則，一般相同企業(yè)會集中在一個區(qū)域之內(nèi)，大量的同類型企業(yè)建筑集中在一起，如上海某倉儲建設(shè)經(jīng)營項目部，周圍就有大量的大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑。為了能夠有效擴展整個建筑結(jié)構(gòu)的占地面積，一些施工單位會選擇采用違規(guī)的方法在主體建筑結(jié)構(gòu)周邊建造臨時建筑結(jié)構(gòu)，或者是在消防通道建造遮陽棚、雨棚或者是車棚。同時，為給后續(xù)使用提供便利，會在兩個建筑結(jié)構(gòu)之間建造連接走廊，使原本獨立存在的建筑連接在一起，這樣雖然能夠為人們的出行帶來便利，但是卻會埋下諸多的隱患。

1.3.3? 建筑各方向覆蓋范圍較廣

一般大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑的覆蓋范圍較大，以上海某倉儲建設(shè)經(jīng)營項目部為例，該單位一期建筑單個倉庫的東西長約80m、南北寬約60m，單體一層，占地面積約6000m2。

1.3.4? 建筑結(jié)構(gòu)統(tǒng)一性較差

現(xiàn)有的大規(guī)模建筑結(jié)構(gòu)中，一些是臨時建造的，一些是計劃建造的，還有一部分是違規(guī)建造的，所以并不具備統(tǒng)一性。此外，有些建筑結(jié)構(gòu)的施工工作存在諸多問題，質(zhì)量較差。

1.3.5? 內(nèi)部物品雜亂

以物流企業(yè)為例，物流企業(yè)承接各類商品的運輸，而內(nèi)部貨物僅僅是簡單按照貨物目的地分揀，貨物擺放比較雜亂，而且種類繁多。

2 火災導致大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑發(fā)生坍塌的規(guī)律分析

2.1? 典型案例回顧

2015年3月，浦東某物流倉儲中心發(fā)生大火，儲物倉庫在食用油助力下猛烈燃燒，使鋼結(jié)構(gòu)倉庫變形坍塌[1]。

2016年12月，山東煙臺某大跨度廠房發(fā)生火災，起火車間燃燒物質(zhì)為聚碳酸酯制成的手機殼，火災造成廠房頂棚局部發(fā)生塌落，過火面積超過800m2[2]。

2019年4月，湖北武漢某倉儲物流有限公司一倉庫發(fā)生火災，倉庫內(nèi)儲存有近4000t壓縮棉花，火災造成倉庫南北兩側(cè)墻體倒塌，過火面積超4000m2[2]。

2020年1月，浙江金華一大跨度廠房發(fā)生火災，建筑內(nèi)存儲大量鋰電池組、塑料粒等，塑膠原料與生產(chǎn)產(chǎn)品劇烈燃燒，導致鋼混廠房一側(cè)迅速倒塌[1]。

2.2? 火災中大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑的坍塌規(guī)律

火災發(fā)生時，大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑主要承重部件的承重能力會隨著溫度的變化而發(fā)生變化，并呈現(xiàn)出一定的規(guī)律，通過對裸露鋼梁耐火極限的試驗驗證，確認了136b標準工字鋼梁的耐火極限為15min，這表明一旦火災持續(xù)時間超過構(gòu)件的耐火極限，鋼結(jié)構(gòu)廠房往往會發(fā)生變形甚至整體坍塌毀壞，這在火災案例中也得到充分驗證。

經(jīng)過對近年來最具代表性的火災案例進行綜合分析可知，火災中大規(guī)模建筑的坍塌情況相對較為復雜。經(jīng)過對大量的火災案例進行分析發(fā)現(xiàn)，大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑的坍塌往往都與建造的材料直接相關(guān)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)要比鋼結(jié)構(gòu)建筑牢固得多。在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中，大跨度、大空間建筑多以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)為主，此外還有一些鋼混與鋼結(jié)構(gòu)并存的復合結(jié)構(gòu)。鋼混結(jié)構(gòu)一般為承重墻、梁板。復合結(jié)構(gòu)建筑發(fā)生火災時，一般是鋼結(jié)構(gòu)主體先坍塌，接著是鋼混結(jié)構(gòu)體。如廣東某電子有限公司廠房，一層、二層使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，三層為鋼結(jié)構(gòu)，在火災事故發(fā)生以后，三層鋼結(jié)構(gòu)主體發(fā)生坍塌，一層、二層鋼混結(jié)構(gòu)建筑保持性較強[1]。

3 大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑火災危險性及撲救難點

3.1? 大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑火災危險性

3.1.1? 火場升溫快，鋼構(gòu)件強度減弱快，極易倒塌

在火場持續(xù)高溫的作用下，鋼結(jié)構(gòu)建筑用于承重的鋼梁、柱等構(gòu)件易發(fā)生塑性變形直至失去承載能力。鋼結(jié)構(gòu)建筑的整體連接性強，局部構(gòu)件發(fā)生塑性變形及失去承載力，將會對建筑整體的穩(wěn)定性形成巨大影響，極易造成建筑物的整體坍塌[3]。

3.1.2? 火勢蔓延速度快，易形成立體火災

大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑內(nèi)部一般存放有大量易燃物品，火災荷載大，同時，為了減少外部因素的影響，管理人員多會長期關(guān)閉門窗，在突發(fā)火災時，由于內(nèi)部含有大量的可燃易燃物資和生產(chǎn)品，導致火災燃燒強度大且蔓延速度快[4]。

大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑的跨度長，空間大，空氣流通條件好，一旦發(fā)生火災，火勢會越燒越旺，在較短時間內(nèi)火災就會發(fā)展到猛烈階段；在熱氣流的作用下，很快形成立體燃燒并發(fā)展為大面積火災。例如，山東煙臺某大跨度廠房火災，主要燃燒物質(zhì)是聚碳酸酯制成的手機殼，接警后12min消防救援隊伍到場時，過火面積已有400m2，僅30min后過火面積就已翻倍[2]。

3.1.3? 火場情況瞬息變化，導致坍塌因素多

一是高溫作用。大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑以鋼結(jié)構(gòu)為主，當火場溫度達到350℃時，鋼結(jié)構(gòu)強度會明顯下降，整體強度下降1/3，溫度升至600℃，鋼結(jié)構(gòu)強度下降2/3[5]。二是冷熱驟變。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件因為長時間受到高溫的影響會出現(xiàn)膨脹的情況，在救災過程中，如果直接利用冷水對鋼結(jié)構(gòu)進行噴射，那么就會導致鋼結(jié)構(gòu)的韌性在短時間內(nèi)快速下降，在到達極限的時候就會導致鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形甚至坍塌的情況。

3.2? 大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑火災撲救難點

3.2.1? 燃燒猛烈，初期控火困難

大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑發(fā)生火災，若無法在初期對火情進行有效控制，基于其內(nèi)部會堆放成品及原材料等可燃易燃物資，火災會在短期到達猛烈階段。此外，由于大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑多處于距離城市較遠的郊區(qū)，使得對應(yīng)的火災救援力量不能及時趕到現(xiàn)場進行針對性撲救，無法對初期火災進行有效控制。

3.2.2? 火情偵察較為困難

大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑主要采用鋼結(jié)構(gòu)材料，內(nèi)部平面布局十分靈活，為了便于改造拆遷，鋼結(jié)構(gòu)多是用螺栓連接。但這也導致建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)格局十分復雜，加上分布的設(shè)備數(shù)量多，分布不規(guī)則，且縱深距離較長，一旦起火點位于建筑中央位置，內(nèi)攻尋找火點需要深入火場內(nèi)部距離較遠，會帶來火場內(nèi)部迷路或撤離不及時的風險[6]。

3.2.3? 疏散困難，行動受阻

以大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)倉庫建筑為例，基于建筑內(nèi)物品堆放較為雜亂，且堆積有大量原料、產(chǎn)品等現(xiàn)狀，使得大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)倉庫建筑疏散途徑較少，過道較為狹窄，火災發(fā)生的過程中大小型機械難進入，難以實施隔離堵截戰(zhàn)術(shù)，物品疏散困難，會拖延撲救時間。同時，隨著火勢的猛烈燃燒，空間溫度會急劇上升，造成鋼結(jié)構(gòu)變形、建筑構(gòu)件失去平衡穩(wěn)定性等，進而導致鋼結(jié)構(gòu)建筑隨時坍塌的危險。

3.2.4? 內(nèi)攻危險性大，易造成人員傷亡

由于大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑內(nèi)部布局較為復雜、縱深距離較長、救援環(huán)境十分惡劣，輻射高熱較為嚴重，再加上鋼材結(jié)構(gòu)的形變導致的危險，都會對救災工作的開展產(chǎn)生嚴重的限制，消防救援人員在進入救援現(xiàn)場之后無法正確判斷方向，再加上高溫煙氣的擴散、聚積加劇了火災的蔓延和建筑結(jié)構(gòu)溫度的升高，會給被困作業(yè)員工和消防救援人員的人身安全造成極大威脅[7]。

3.2.5? 火災實際情況無法加以全面了解

大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑在使用過程中，往往會被劃分為多個不同性能的區(qū)域，所以牽涉到的物品的種類較多，化學和物理性質(zhì)較為復雜，所以在救援前需要對內(nèi)部情況進行全面了解，從而制定切實可行的救災方案。但因火情偵察較為困難，內(nèi)攻危險性大，難以對火災實際情況進行更為全面的了解。

4 大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑火災撲救對策

4.1? 制定完善的救援方案

堅持“救人第一、科學施救”的指導思想，要結(jié)合實際情況和需求來制定完善的救災方案。針對鋼結(jié)構(gòu)建筑內(nèi)部的火災，要對火災進行全面控制，避免火災形勢惡化，盡可能規(guī)避人員傷亡。在鋼結(jié)構(gòu)建筑內(nèi)發(fā)生火災時，現(xiàn)場指揮員要仔細詢問、了解有無被困人員。重點把握先出口后內(nèi)部、先通道后房間、先火場后外圍、先危險后一般的施救原則，科學有序展開施救[8]。在無建筑倒塌危險情況下，要根據(jù)現(xiàn)場火勢發(fā)展方向部署力量，阻止火勢蔓延，開辟救人通道，全力疏散搜救建筑內(nèi)部被困人員，盡最大努力減少人員傷亡，對有可能引起鋼結(jié)構(gòu)變形、倒塌的火勢要迅速控制消滅。

4.2? 加強力量調(diào)派，明確“冷卻先于滅火”的主導地位

大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑空間大、占地面積廣，發(fā)生火災以后，需要聯(lián)合多方力量參與救災戰(zhàn)斗。因此，針對大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑內(nèi)出現(xiàn)的火災，最為重要的就是加大力度進行第一出動力量的調(diào)度[9]，一次性調(diào)集足夠的車輛裝備，及時聯(lián)系電力、公安等聯(lián)動單位，掌握火災現(xiàn)場的主動權(quán)。由于鋼結(jié)構(gòu)承重柱在發(fā)生火災時會在短時間內(nèi)失去承載能力，從而導致建筑局部或整體發(fā)生扭曲倒塌，所以只有在最短的時間內(nèi)提升建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，才能為救災工作的開展打下良好的基礎(chǔ)。而要想在最短的時間內(nèi)提升建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，必須明確“冷卻先于滅火”的主導地位，盡快冷卻建筑構(gòu)件。

4.3? 實施現(xiàn)場警戒，做好火情偵察，及時準確掌握情況

消防救援人員應(yīng)第一時間做好警戒，確保圍觀人員的疏散和現(xiàn)場秩序的維護，杜絕無關(guān)人員進入救援現(xiàn)場；通過火情偵察，獲知著火時間、起火部位、有無被困人員情況、燃燒物質(zhì)性質(zhì)、火勢蔓延途徑，火災燃燒范圍等相關(guān)信息。充分利用熱成像儀、激光測距儀、偵察無人機等先進器材裝備對火災覆蓋范圍內(nèi)的實際情況加以了解，并對結(jié)構(gòu)變形的情況進行綜合分析，從而對建筑結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)的坍塌情況加以預判?；馂牡牟粩嗦訒θ藛T人身安全和財產(chǎn)安全造成嚴重的威脅，所以需要制定良好的救災方案，選擇最佳的疏散路徑。

4.4? 合理選擇滅火陣地，確保攻防隊員的個人安全與緊急避險

大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)的特點造成了火勢兇猛、蔓延迅速的火災局勢，所以消防救援隊伍的指揮員需要做好持久戰(zhàn)的心理準備[10]。在水槍陣地的布置上，消防救援人員不能盲目進入內(nèi)部滅火，需將火場內(nèi)的溫度控制在規(guī)定的安全標準范圍之內(nèi)，并通過專門的勘察確認，保證徹底安全之后，才能從門、窗結(jié)構(gòu)安設(shè)高壓水槍。內(nèi)攻近戰(zhàn)時內(nèi)攻人員應(yīng)少而精，嚴格按照規(guī)定著裝，佩戴好個人防護裝備，利用水槍梯次掩護并進；設(shè)立火場觀察哨，嚴格執(zhí)行出入登記制度，明確聯(lián)絡(luò)信號，時刻監(jiān)控火場變化。

4.5? 科學破拆，排煙排熱，攻防結(jié)合

在大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑火災撲救中切忌盲目破拆，要根據(jù)現(xiàn)場情況科學選擇開口位置，避免因破拆不當造成火勢蔓延或建筑失穩(wěn)坍塌。破拆時應(yīng)選擇下風或側(cè)下風方向，實施快速有效的排煙排熱，適時放開1～2個口子，實現(xiàn)取舍適當，讓火場煙氣盡快排出，為后續(xù)實施內(nèi)攻控火創(chuàng)造有利條件。

4.6? 精準研判，選準突破口，建立進攻通道

在火災初期階段，要牢固樹立“快、準、堵”的作戰(zhàn)理念，綜合現(xiàn)場實際情況確定內(nèi)攻的最佳位置，并充分結(jié)合內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)實際情況制定出最為高效的救災路線，從而高效的對火災加以控制。以內(nèi)部各個通道以及建筑防火分區(qū)為基礎(chǔ)，盡可能選擇堆放物品少、火災傳播慢的位置為入手點。要綜合分析建筑結(jié)構(gòu)的形狀，如果結(jié)構(gòu)存在不對稱或者是結(jié)構(gòu)形狀不規(guī)則，可以選擇跨度最小的位置作為救災的入口。

4.7? 充分發(fā)揮大型救災設(shè)備作用

通過對大量的救災成功案例進行分析發(fā)現(xiàn)，大型救災設(shè)備的作用是非常大的，它的覆蓋范圍更加廣泛，能夠為水槍救災創(chuàng)造良好的基礎(chǔ)，從而協(xié)助救災人員高效完成救災任務(wù)。因此，在救災的過程中，要綜合各方面實際情況對救災機械設(shè)備進行合理安排。

5 結(jié)語

近年來，大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑火災呈現(xiàn)多元化的特點，本文在概述大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑情況的基礎(chǔ)上，結(jié)合典型案例，分析總結(jié)了大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑火災危險性及撲救難點，梳理出了大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建筑火災的撲救措施，以期為此類建筑火災的撲救提供參考。

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Study on the causes of collapse and fire fighting measures in large-span grid structure building fire

Man Chunchao

（Jiaxing Municipal Fire and Rescue Brigade， Zhejiang Jiaxing 314100）

AbstraCt： Due to the particularity of the building structures and the needs of use， and the steel structure has many advantages， such as light weight， good structural performance， and high degree of mechanization， large-span grid structure buildings have become a common building form in modern times. However， due to the poor fire resistance of steel itself， the performance parameters such as elastic modulus and yield strength will be significantly reduced under high temperature. Coupled with the high density of personnel and complex internal structure of the building itself， once a fire occurs， it is very easy to cause mass death and casualty. The paper mainly studies large-span grid structure buildings， combines typical fire cases to explore the law of collapse of large-span grid structure buildings in fires， and proposes fire fighting measures based on the potential danger of steel in fires.

Keywords： grid structure; steel structure; fire; collapse law; fighting measure