談大跨度大空間建筑設(shè)計特點

張鳳海 /中外建工程設(shè)計與顧問有限公司大連分公司

談大跨度大空間建筑設(shè)計特點

張鳳海 /中外建工程設(shè)計與顧問有限公司大連分公司

隨著建筑技術(shù)的不斷進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)社會的全面發(fā)展，新的建筑結(jié)構(gòu)形式不斷產(chǎn)生，近年來，大跨度大空間結(jié)構(gòu)成了大型企業(yè)廠房的主要結(jié)構(gòu)形式。由于這種建筑形式具有結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、跨度大、外觀漂亮、內(nèi)部空間大、內(nèi)部自由度大，特別是投資少且投資周期短等優(yōu)點，越來越受到投資者的青睞。但這種建筑在消防方面，特別是在火災(zāi)撲救方面存在許多難點，一旦發(fā)生火災(zāi)，極易造成大面積燃燒和重大財產(chǎn)損失。大跨度大空間建筑在增多，其功能和結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，新情況，新問題，越來越多，這就要求我們對大跨度大空間建筑特點及火災(zāi)撲救對策的不斷研討，它是繼七類災(zāi)害事故滅火救援預(yù)案之后出現(xiàn)的又一個新課題。

大跨度；大空間；鋼結(jié)構(gòu)；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；建筑

隨著建筑技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，新的建筑結(jié)構(gòu)形式不斷產(chǎn)生，近年來，大跨度大空間結(jié)構(gòu)成了大型企業(yè)廠房的主要結(jié)構(gòu)形式。由于這種建筑形式具有結(jié)構(gòu)簡單、施工方便、跨度大、外觀漂亮、內(nèi)部空間大、內(nèi)部自由度大，特別是投資少且投資周期短等優(yōu)點，越來越受到投資者的青睞。但這種建筑在消防方面，特別是在火災(zāi)撲救方面存在許多難點，一旦發(fā)生火災(zāi)，極易造成大面積燃燒和重大財產(chǎn)損失。火災(zāi)的發(fā)生，不但給國家造成了巨大損失，而且在社會上造成了極大的影響。因此，對大跨度大空間建筑特點及火災(zāi)撲救對策的研討，是繼七類災(zāi)害事故滅火救援預(yù)案之后出現(xiàn)的又一個新課題。

一、大跨度大空間建筑的概念與分類

（一）大跨度大空間建筑的定義。大跨度大空間建筑是指主要由柱、梁、板、外墻四部分組成，梁和柱是建筑物的主要承重構(gòu)件，所有承重墻（柱）之間單跨寬度60米以上或單個防火分區(qū)5000平方米以上，而且凈空高度8米以上的建筑。

（二）大跨度大空間建筑的分類。大跨度大空間建筑，根據(jù)建筑物的用途可分為：民用建筑和工業(yè)建筑；根據(jù)建筑物的材料可分為：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的梁、柱都是鋼筋混凝土預(yù)制件，造價比其它建筑要低，比鋼結(jié)構(gòu)要高；鋼結(jié)構(gòu)的梁、柱的材料都是鋼材，一般為大型工字輕鋼，鋼材的受壓性能較差；混合結(jié)構(gòu)的承重柱是鋼筋混凝土預(yù)制件，橫梁為鋼材，可承受輕質(zhì)屋蓋結(jié)構(gòu)，其跨度比鋼筋混凝土梁大。

二、大跨度大空間建筑的基本特點

（一）施工要求簡單，成本低、工期短。大跨度大空間建筑的主要特點是：自重輕、基礎(chǔ)造價底、適用于軟弱地基、安裝容易、施工速度快、周期短、投資回收快、工廠制作程度高、施工污染環(huán)境少、抗震性好。大跨度大空間建筑多為單層（或帶夾層）建筑，以輕鋼柱子、梁或鋼筋混凝土柱子為主要承重主體，其在建筑施工過程中的要求遠(yuǎn)低于其他類型的建筑，而且它的構(gòu)件自重輕、耐地震力效果好、可大批量預(yù)制加工，所以，整體預(yù)算成本相對較低，施工快捷，工期短，對于企事業(yè)單位而言，出效益也相當(dāng)快。

（二）建筑跨度長，空間大。為適應(yīng)使用功能多樣化的需要，往往決定了大跨度大空間建筑的長度、寬度和高度均比較大。單層（或帶夾層）框架結(jié)構(gòu)廠房長度大多在100米以上，甚至達(dá)到200多米，建筑物的寬度一般都在50米—100米，高度為6—15米，廠房面積從幾千到幾萬平方米，甚至達(dá)到十萬平方米以上。大跨度大空間建筑的建筑基本上不設(shè)悶頂，上下連通，形成了一個較大的內(nèi)部空間，這種大跨度、大空間的建筑特點給初期火災(zāi)的蔓延和擴(kuò)大提供了極為有利的條件。

（三）可燃物質(zhì)多，功能齊、密度高。大跨度大空間建筑多適用于二、三類產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)，而生產(chǎn)使用的原材料如紡織化纖、橡膠制品、塑料制品、木材紙張、汽車、摩托車等均為可燃或易燃物品，而且廠房內(nèi)往往不是一條單一的生產(chǎn)線，有可能是多條甚至是整條流水線在同時作業(yè)，這就使內(nèi)部存放的物品種類很多，從原材料到半成品、成品一應(yīng)俱全，無形中增加了內(nèi)部可燃物的密度。而且大部分單位為了有效利用空間和便于管理，往往將臨時倉庫也設(shè)在廠房內(nèi)，出口通道往往不足或被占用，大大增加了火災(zāi)撲救難度和人員及時的疏散。

（四）地處偏僻，水源缺乏。大跨度大空間建筑受自身占地面積大這一特點的限制，一般都建在城郊或是較為偏僻的工業(yè)園區(qū)，而該類地段的設(shè)計規(guī)劃往往起步緩慢，配套設(shè)施不完善，更有甚者象一些區(qū)域性由村、辦事處一級組建的工業(yè)園區(qū)根本沒有系統(tǒng)的規(guī)劃，其中尤為突出的一點就是框架結(jié)構(gòu)內(nèi)無消防設(shè)施、給水系統(tǒng)不完善，附近無消防水源。即使設(shè)有給水系統(tǒng)，但多數(shù)的是非環(huán)狀管網(wǎng)，一旦遇上大面積燃燒火勢滅火場面，水源就成了一個很難解決的大問題。

（五）起步晚，機(jī)制落后。大跨度大空間建筑廠房是近年來才普遍興建的建筑新的形式，目前，國內(nèi)還沒有統(tǒng)一的設(shè)計和施工規(guī)范，消防法規(guī)、監(jiān)督規(guī)范也沒有對大跨度大空間建筑作具體的規(guī)定，導(dǎo)致大量、大跨度、大空間建筑設(shè)計和施工存在許多先天不足。再加上企業(yè)在實際工程操作中，為了盡快創(chuàng)造高利潤、高效益，存在著先施工后申報、項目更改未重報、未通過驗收便投入使用、管理不到位等一系列不正常的現(xiàn)象，這也正是促成火災(zāi)事故頻發(fā)的主要原因。

三、大跨度大空間建筑的鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)火災(zāi)特點及規(guī)律區(qū)別

（一）輕鋼結(jié)構(gòu)承載能力隨溫度的升高而逐漸降低，不會因燃燒而突然斷裂，當(dāng)用水進(jìn)行冷卻時，輕鋼柱、梁的承載力可重新恢復(fù)。而混凝土結(jié)構(gòu)被火燒后，結(jié)構(gòu)的機(jī)械強(qiáng)度受到破壞，承重能力減弱，加之外部射水后不但增加了荷載，而且短時間內(nèi)混凝土強(qiáng)度因分解產(chǎn)物吸水膨脹等作用而進(jìn)一步降低，可能發(fā)生突然斷裂、倒塌現(xiàn)象。這是鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)在水冷卻后的主要區(qū)別。

（二）鋼結(jié)構(gòu)，頂部梁與梁之間一般相互連接；而鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)，每跨的梁一般分別擱在柱子頂部的，跨與跨之間的梁一般不相互連接。鋼框架柱，當(dāng)溫度在200℃以內(nèi)時，鋼材的強(qiáng)度基本不變，溫度在250℃以內(nèi)時強(qiáng)度還有局部性的提高，但超過300℃以后，鋼材的強(qiáng)度開始顯著下降，當(dāng)溫度達(dá)到500℃時，強(qiáng)度則下降一半，鋼開始熔化、扭曲，當(dāng)溫度達(dá)到600℃時，其強(qiáng)度幾乎等于零，框架倒塌；鋼筋混泥土框架柱，受熱低于300℃時，溫度升高對柱子強(qiáng)度影響不大，甚至使強(qiáng)度增強(qiáng)，受熱高于300℃，混凝土產(chǎn)生脫水、龜裂、晶體破壞、體積膨脹等現(xiàn)象，當(dāng)溫度達(dá)到600℃時，鋼筋混凝土構(gòu)件承載力受到影響，但不會倒塌，700℃—900℃混凝土中的CaCO3發(fā)生分解，燃燒900℃以上構(gòu)件產(chǎn)生倒塌。

（三）鋼結(jié)構(gòu)，一般不會在瞬間突然塌落，它會隨著鋼柱子的熔化和其它柱子的拉力影響而緩慢倒塌，但不會引起其它區(qū)域大面積的倒塌；鋼筋混泥土柱框架結(jié)構(gòu)，在燃燒最猛烈的一跨內(nèi)，梁及屋蓋會先倒塌，只要柱子不斷裂，其他跨一般不會倒塌。

四、結(jié)束語

隨著建筑技術(shù)的不斷進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)社會的全面發(fā)展，大跨度大空間建筑在逐漸增多，其功能和結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，新情況、新問題越來越多，我們必須不斷地探索和研究大跨度大空間建筑火災(zāi)撲救的強(qiáng)有力、高效能的措施，以保障國家財產(chǎn)和人民的生命安全。