近年来, 现代建筑告别了过去“秦砖汉瓦”的时代向着钢结构的“钢筋铁骨”迈进, 钢结构已成为主导建筑结构。钢结构具有重量轻、结构性能好、建筑制作程度高、施工速度快等优点, 广泛应用于高层、超高层建筑、大跨大空间建筑、量大面广的中小型工业、商业、社区、文教卫生等建筑, 以及大部分的低层非居住型建筑中。钢材虽然本质为非燃烧材料, 但其本身耐火性能较差, 在火灾高温作用下, 其力学性能如屈服强度、弹性模量等会明显降低, 温度达到600℃时, 钢材基本丧失全部强度和刚度, 火灾后造成的损失也大。由此, 在新的形势下, 研究大跨度钢结构建筑火灾是一个重要课题, 也是现在灭火救援任务的迫切需要。本文通过分析钢结构建筑的基本特性和火灾特点, 结合几起钢结构建筑火灾的扑救案例, 对钢结构建筑火灾扑救进行探讨, 以便有效开展钢结构建筑火灾的灭火组织指挥工作。
1 钢结构建筑的基本特点
1.1 利用型钢做承重构件, 跨度大、空间大, 承重能力强
钢结构建筑具有跨度大、空间大、承重能力强的特点, 多用于大型体育馆、车间、仓库以及高层建筑等。这类建筑的主要承重构件, 如屋架、梁、板、柱等, 都是利用型钢经过铆焊加工制成的。而一些小型的钢结构建筑, 多采用角钢、圆钢和扁钢连接成格子式梁柱, 屋架大多用角钢拼接而成。一般来说, 大多数钢结构建筑的荷载可达到450公斤/平方米。
1.2 耐火性能差, 遇高温强度下降
钢材构件本身不燃, 但钢的耐火性能差, 随着温度变化, 其强度有很大变化。用于高层建筑、大跨度的商场等重要场所的现代钢结构, 一般外面都有保护层 (粉刷防火涂料等) , 其耐火极限可以达到0.5h~2.5h, 这类钢结构建筑受热的影响小;而大多数钢结构无保护层, 发生火灾时, 直接受到热的作用, 温度上升, 强度下降。当温度达到500℃时, 其强度下降一半;当温度降到0℃以下时, 钢材冲击韧度降低, 材质变脆。无防火保护层的钢柱、钢梁、钢屋架, 耐火极限一般只有15min。
1.3 建筑结构和功能复杂
从调查的情况看, 钢结构建筑大多为车间厂房, 而多数车间厂房里面, 机器设备、原料成品堆积, 加之为适应生产和工艺需要, 现代钢结构建筑的上部安装有通风、水、中央空调、蒸汽管道等多种管道, 有的还安装有氨气和油管道, 而外墙和间隔墙多为铁皮夹聚胺脂加工而成, 这些都使得建筑内的危险源大大增多。
1.4 基础条件差, 消防设施易被破坏
多数较规范的大跨度钢结构商场、厂房设计并建有规范的固定消防设施, 如自动报警、喷淋、室内外消火栓及控制系统等, 但火灾时因火灾发展蔓延速度快, 随着钢结构建筑的变形、坍塌很快会被烧损坏, 或局部性损坏失去作用。一些新建的工业园区和生产加工厂房, 为了加快建设步伐, 基础设施建设往往滞后于车间、厂房的建设。市政公共消防设施不配套, 消防水源相对缺乏, 这些不利因素都直接影响灭火救援工作的正常开展。
2 钢结构建筑火灾的基本特性
2.1 钢构件易变形, 导致建筑物倒塌
普通建筑用钢 (中国国家标准GB700-88《碳素结构钢》和GB1591-1994《低合金结构钢》要求的Q235、Q345钢等) 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。一般在火灾中, 钢构件随着温度的升高开始强度有所增加, 温度超过200℃后强度开始减弱, 温度达到350℃、500℃、600℃时, 强度分别下降1/3、1/2和2/3, 当温度超过700℃时, 构件强度要减少90%以上, 到500℃左右, 其强度下降到40%~50%, 在全负荷情况下, 使钢结构失去平衡稳定性的临界温度为500℃左右。钢结构受热膨胀, 遇冷水后, 会急剧收缩, 易破坏建筑。火灾过程中, 由于钢结构受火势影响的强弱不同, 构件各点的变形受损度不同, 钢构件的应力关系遭到破坏, 易引起建筑物倒塌。若用没有防火保护的普通建筑用钢作为建筑物承载的主体, 一旦发生火灾, 则建筑物会迅速坍塌, 这一过程经过的时间很短, 一般在火烧15min~20min左右, 钢结构屋盖火灾倒塌。
如表1所示。
2.2 火势猛, 易造成人员伤亡
因大跨度钢结构商场、厂房等空间大、空气充足、可燃物多、火灾荷载大、情况复杂、组织疏散不易有序组织等, 一旦发生火灾, 火势会越烧越旺, 在较短时间内火灾就会发展到猛烈阶段;又因钢结构建筑导热速度极快、耐火极限低, 加之大跨度钢结构内部装饰装修使用了大量可燃性材料, 火灾后会使建筑构件直接受到烧烤, 减少了建筑构件的承重支撑时间, 使建筑坍塌的时间更快等, 往往消防队到场时已错失控火有利时机, 致使不敢内攻, 造成大面积大空间内猛烈燃烧, 如控制不当, 进而造成大火肆虐发展蔓延, 整个建筑坍塌, 内部设备、物品全部燃烧的结局, 极易造成人员伤亡, 甚至群死群伤恶性事故的发生率就会很高。
2.3 火势猛烈, 扑救难度大
大跨度的钢结构建筑发生火灾, 由于其燃烧荷载量大, 且内部多采用大量的装修材料, 起火后燃烧迅速、烟雾弥漫、温度高, 面积大、障碍物多等, 火势在短时间内便会发展成猛烈阶段, 在没有人工照明的条件下, 疏散人员、内攻救人和深入防御性进攻相当困难, 再加上大部分装修材料释放的有毒气体, 致使被困人员很容易中毒, 加上室内面积大、钢构件热传播速度快, 整座房顶或大面积房顶坍塌难以预测, 造成了营救或撤离的困难。
3 钢结构建筑火灾扑救战术、技术
在扑救钢结构建筑火灾时, 除了牢牢把握救人第一、减少水渍损失等要点外, 笔者认为要以防止钢结构建筑在火灾中坍塌为重点, 灵活运用战术技巧, 全力扑救火灾。
3.1 要加强第一出动的力量调度, 充分发挥多警种协同作战优势
扑救类似钢结构建筑火灾, 要充分考虑该类建筑地域偏僻, 距离消防队较远的地域特点, 以及消防水源缺乏等实际情况, 正确调派力量, 发挥多警种协同作战优势, 加强警民联动, 整合当地政府、公安机关、专职消防队等多种有利资源, 实行片区联动, 跨区域联合作战, 充分发挥多警种协同作战, 技术装备资源共享的优势, 始终使局势处于受控状态, 使灭火工作处于主动。要加强第一出动的力量调度。在调集增援力量时, 要客观分析火场情况, 根据燃烧部位、整个建筑面积、可能蔓延的因素、消防水源、天气等情况, 预测火场发展态势, 快速估算火场需要力量, 所调力量要略大于火场需要力量, 所需力量要一次性调齐调足, 不能零打碎敲。
3.2 要贯彻“内外夹攻, 堵截火势”的战术要点, 防止火势扩大蔓延
消防队到场后, 在确认无倒塌可能的情况下, 要迅速组织内攻, 搞好火情侦察, 准确掌握情况, 安排专门力量, 通过外部观察、内部侦察和询问知情人, 迅速了解燃烧时间, 起火部位, 建筑耐火等级, 人员被困数量, 有无易燃, 易爆及贵重物品等情况, 要着重掌握钢结构是否因高温变形扭曲, 通过对燃烧时间、燃烧面积、火场温度和构件变形程度等情况的分析, 大体判断建筑结构倒塌的可能性, 火势蔓延的威胁性和人员疏散的必要性, 为实施灭火救人, 选择作战方式和开辟进攻路线, 提供科学依据。在确保安全的前提下, 组织内攻人员接近火点, 堵截火势, 消灭火灾, 用水枪射流扑灭被困人员周围及疏散通道上的火势, 驱散烟雾, 为疏散救人打开通道;外围要用射程较远的水炮、大口径水枪冷却保护未倒塌的钢结构建筑, 冷却的顺序一般为柱、梁、顶, 若钢结构建筑高度大, 则可用登高车、高喷车等实施高空打击火势。
3.3 要谨记钢结构耐火性能不高的特性, 全力冷却钢承重构件, 防止建筑倒塌
各级指挥员应吸取衡阳“11.3”坍塌事故的教训, 消防队员应在保全自己的情况下开展救人和灭火。在确定建筑物无倒塌危险时, 要尽快通过深入内部冷却和外围喷射来冷却周围构件, 以强大的射流对钢结构的顶棚、柱、梁及其结合部进行降温, 将其控制在倒塌温度内 (据理论计算, 在全负荷的情况下, 钢结构失去平衡稳定性的临界温度为500℃左右) , 防止建筑倒塌, 为疏散救人创造条件。冷却力量分布要均匀、全面, 防止局部骤然变冷, 导致钢结构急剧收缩变形, 破坏建筑, 加速倒塌进程。
3.4 展开火情侦察, 设置安全观察员, 及时掌握钢结构建筑在火灾中的动态信息
要通过各种方式展开火情侦察, 获取以下信息:大致起火时间、起火部位、被困人员情况、有无易燃易爆品、火势蔓延及人员疏散路线上方有无架设管道线路等, 要着重掌握钢梁顶架等构件有否扭曲、建筑变形倒塌的可能性等信息, 并随时掌握已持续燃烧的时间, 以便对照15min左右的理论倒塌时间, 为估算建筑倒塌时间提供参考信息。另外要部署一定数量的安全观察员, 对现场实施全方位动态监测, 随时观察建筑变形倒塌迹象, 并及时同现场指挥部联络报告, 正确把握“进攻、守护、放弃、撤退”四条灭火战术基本原则, 当确认无法制止建筑物倒塌时, 应及时转移阵地, 避免无谓的牺牲。
3.5 发挥装备优势, 合理选择灭火器具, 安排调度灭火力量
钢结构火灾与砖木结构火灾扑救不同, 应尽量使用射程远的大口径水枪、移动炮、车载炮等, 采取远距离向房顶、窗口射水冷却和灭火, 对建筑采取多方位冷却, 从远距离向房顶、窗口射水冷却和灭火, 对建筑进行多方位冷却, 以防止钢构件因温差改变应力引起建筑倒塌伤人。在水枪阵地的布置上, 应尽量在外围远距离射水冷却, 不能盲目进入内部灭火救人, 应在外围布置水枪阵地, 远距离射水冷却, 消除倒塌危险后, 再可依托门、窗等部位设置水枪阵地, 从不同角度加强灭火强攻, 以强大的密集射流靠近火点灭火。
3.6 抓住火场主要矛盾, 抢占有利水源, 确保火场供水充足
消防部队到火场后不要见烟雾弥漫、火焰已蹿出就盲目出枪射水, 要冷静, 指挥员要在观察火场态势、考虑火灾发生时间、消防队到场时间的同时, 估算起火燃烧的时间, 在确定火场不可能坍塌的情况下, 不要犹豫, 要果断命令部队迅速战斗展开, 消防车分别占领有利水源, 多出水枪内攻打防御战。打防御战, 贵在抓住火场主要矛盾, 并将到场优势兵力用于火场的主要方面。消防车要占领固定水源, 形成不间断供水的情况下尽量多出水枪;快速占领水源、快速战斗展开、快速进入火场内部占领要塞、快速出水灭火;消防车应就近占据水源, 尤其是第一出动的消防力量应先行利用厂区或附近的市政水源, 但消防车应与建筑保持一定的距离。
3.7 加强个人防护, 确保火场通讯畅通
钢结构建筑火灾扑救是一场分秒必争的战斗, 进入建筑内组织疏散人员和强攻近战灭火时, 消防人员必须佩戴空气呼吸器、携带好安全绳, 必要时穿着隔热服, 保持火场通信畅通, 以便发现险情, 及时撤离。同时要合理安排组织力量, 尽量减少登高和进入室内的灭火人员。在清除火场时消防人员也要注重个人防护, 特别是部分建筑已经倒塌的情况下, 除了要着消防手套、戴空气呼吸器以外, 还要水枪随时掩护, 防止钢结构的导热引燃其他部位和清理过程中破拆坍塌物, 使得内部空气流通, 造成轰燃伤人。例如1993年世贸大楼遭袭击时, 纽约消防局员工在参加救援时就曾碰到过通讯联系不畅通的问题, 没有想到8年之后, 这一问题还是没有解决, 导致“9.11”事件中百余名消防队员无辜丧命。
针对钢结构建筑的扑救, 除了掌握一定的特点和注意事项外, 消防队还要进一步做好“防消结合”工作, 平时应加强对钢结构建筑的消防水源、通道、固定设施、自救能力的熟悉和了解, 特别应注重对钢结构有否生锈、有无喷涂防火材料、梁柱上的防火材料有无掉落等情况的掌握, 因为随着建筑时间的增长, 以上问题都有可能发生。据参与美国世贸中心倒塌原因调查工作的马里兰大学防火工程部副教授、防火专家弗雷德里克.莫拉认为, 防火材料不合格、维护不力可能是世贸中心倒塌的主要原因。他说, 大量照片及其他证据显示, 世贸大厦内部建材用的防火材料存在严重的质量问题, 大到支撑整个大楼的水泥钢筋支架, 小至门栓或插销上的防火材料, 都存在脱落或者喷涂不充分的现象, 以致加速了世贸大厦的倒塌。为此, 基层中队要从单位对象的实际出发, 开展“防消结合”工作了解钢结构建筑的一些基本常识, 为灭火救援积累原始资料, 真正做到“知已知彼百战不贻”。
摘要：近年来经济的快速发展, 大跨度的钢结构建筑逐年增多, 钢结构建筑火灾也随之增加。本文结合几起钢结构建筑火灾案例, 通过分析钢结构建筑的基本情况、建筑特点和火灾特点, 对钢结构建筑火灾扑救战术和应用技巧进行探讨。
关键词：钢结构,火灾,扑救,技巧
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