大跨度網架結構建筑火災中坍塌原因及火災撲救措施探究

滿春超

摘要：由于建筑結構的特殊性和使用方面的需要，且鋼結構具有自重輕、結構性能好、機械化程度高等多項優點，大跨度網架結構建筑成為現代常見的建筑形式。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會明顯降低，再加上建筑本身人員密度大、內部結構復雜，一旦發生火災，極易造成群死群傷惡性事件。現主要針對大跨度網架結構建筑進行研究，結合典型火災案例探尋大跨度網架結構建筑在火災中發生坍塌的規律，并結合鋼材在火災中的潛在危險，提出火災撲救措施。

關鍵詞：網架結構；鋼結構；火災；坍塌規律；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建筑用鋼材在數量、品種、質量等方面相比之前有了長足的進步，為鋼結構的發展創造了良好條件。相比于鋼筋混凝土結構，鋼結構體系具有強度高、自重輕、施工快等優點。目前，各類大跨度、大空間鋼結構建筑因其具有空間利用率較大、抗震性能較好、施工建設周期較短、安裝機械化程度較高、可重復再利用等優點得到社會的廣泛應用，并且逐漸取代了笨重的鋼筋混凝土結構建筑。但是，隨著各地時有發生鋼結構建筑重大火災，暴露出此類建筑在安全方面存在著一些先天隱患。現階段大跨度網架結構建筑的鋼構件多為熱軋H型或圓柱形的薄壁結構，截面系數大，火災發生時吸收熱量大，溫度上升速度較快，很容易在很短的時間內失去穩定性和承載力，最終就會造成部分結構出現形變、塌陷，不但會導致經濟損失，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架結構建筑存在的火災隱患，并采取針對性措施，規避危險事故的發生。同時，在火災發生后，如何科學有效的組織進攻，在保證救援質量的同時，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 大跨度網架結構建筑概述

1.1? 大跨度網架結構建筑定義

大跨度網架結構建筑是指由多根桿件按照一定的網格形式通過節點連結而成，且橫跨超過60m的空間結構建筑。網架結構多為鋼結構或鋼混結構，很多企業為降低搭建成本，會采用墻體為鋼混、屋頂為鋼結構的廠房搭建形式[1]。例如，上海某倉儲建設經營項目部為所在轄區物流企業的代表性企業之一，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，內設貨架，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，是大跨度網架結構廠房現代設計的具體體現。

1.2? 大跨度網架結構建筑結構分類

網架結構依據組成模式可以劃分為三種不同的類型：一是由平面結構組合而成的框架結構；二是由四角椎體單元結構組合而成的框架結構；三是由三角錐結構組合而成的框架結構。

大跨度網架結構建筑主要組成部分有屋蓋結構、橫向平面排架、支撐、基礎、維護結構等。無論是何種結構的大跨度建筑，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，再由柱傳遞到基礎及地基，因此，大跨度網架結構建筑的梁、柱、基礎是重要的承重構件，這些部件在火災中如若發生變形，會導致建筑局部甚至整個建筑重心偏移而發生坍塌。

1.3? 大跨度網架結構建筑自身特性分析

1.3.1? 地理位置特殊

以物流企業大跨度建筑為例，由于物流企業大跨度建筑的物流中轉特殊性，車流、貨物較多，廠房和倉庫等大跨度建筑主要建在當地的郊區。上海某倉儲建設經營項目部建于上海市某鎮，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，并且郊區的市政消防設施較為欠缺，救援難度較大。

1.3.2? 周圍毗連建筑多

按照統一規劃的原則，一般相同企業會集中在一個區域之內，大量的同類型企業建筑集中在一起，如上海某倉儲建設經營項目部，周圍就有大量的大跨度網架結構建筑。為了能夠有效擴展整個建筑結構的占地面積，一些施工單位會選擇采用違規的方法在主體建筑結構周邊建造臨時建筑結構，或者是在消防通道建造遮陽棚、雨棚或者是車棚。同時，為給后續使用提供便利，會在兩個建筑結構之間建造連接走廊，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

一般大跨度網架結構建筑的覆蓋范圍較大，以上海某倉儲建設經營項目部為例，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? 建筑結構統一性較差

現有的大規模建筑結構中，一些是臨時建造的，一些是計劃建造的，還有一部分是違規建造的，所以并不具備統一性。此外，有些建筑結構的施工工作存在諸多問題，質量較差。

1.3.5? 內部物品雜亂

以物流企業為例，物流企業承接各類商品的運輸，而內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 火災導致大跨度網架結構建筑發生坍塌的規律分析

2.1? 典型案例回顧

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

2016年12月，山東煙臺某大跨度廠房發生火災，起火車間燃燒物質為聚碳酸酯制成的手機殼，火災造成廠房頂棚局部發生塌落，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生火災，倉庫內儲存有近4000t壓縮棉花，火災造成倉庫南北兩側墻體倒塌，過火面積超4000m2[2]。

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

2.2? 火災中大跨度網架結構建筑的坍塌規律

火災發生時，大跨度網架結構建筑主要承重部件的承重能力會隨著溫度的變化而發生變化，并呈現出一定的規律，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時間超過構件的耐火極限，鋼結構廠房往往會發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，火災中大規模建筑的坍塌情況相對較為復雜。經過對大量的火災案例進行分析發現，大跨度網架結構建筑的坍塌往往都與建造的材料直接相關，鋼筋混凝土結構要比鋼結構建筑牢固得多。在網架結構中，大跨度、大空間建筑多以鋼筋混凝土結構和鋼結構為主，此外還有一些鋼混與鋼結構并存的復合結構。鋼混結構一般為承重墻、梁板。復合結構建筑發生火災時，一般是鋼結構主體先坍塌，接著是鋼混結構體。如廣東某電子有限公司廠房，一層、二層使用鋼筋混凝土結構，三層為鋼結構，在火災事故發生以后，三層鋼結構主體發生坍塌，一層、二層鋼混結構建筑保持性較強[1]。

3 大跨度網架結構建筑火災危險性及撲救難點

3.1? 大跨度網架結構建筑火災危險性

3.1.1? 火場升溫快，鋼構件強度減弱快，極易倒塌

在火場持續高溫的作用下，鋼結構建筑用于承重的鋼梁、柱等構件易發生塑性變形直至失去承載能力。鋼結構建筑的整體連接性強，局部構件發生塑性變形及失去承載力，將會對建筑整體的穩定性形成巨大影響，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

大跨度網架結構建筑內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閉門窗，在突發火災時，由于內部含有大量的可燃易燃物資和生產品，導致火災燃燒強度大且蔓延速度快[4]。

大跨度網架結構建筑的跨度長，空間大，空氣流通條件好，一旦發生火災，火勢會越燒越旺，在較短時間內火災就會發展到猛烈階段；在熱氣流的作用下，很快形成立體燃燒并發展為大面積火災。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。大跨度網架結構建筑以鋼結構為主，當火場溫度達到350℃時，鋼結構強度會明顯下降，整體強度下降1/3，溫度升至600℃，鋼結構強度下降2/3[5]。二是冷熱驟變。鋼結構構件因為長時間受到高溫的影響會出現膨脹的情況，在救災過程中，如果直接利用冷水對鋼結構進行噴射，那么就會導致鋼結構的韌性在短時間內快速下降，在到達極限的時候就會導致鋼結構出現變形甚至坍塌的情況。

3.2? 大跨度網架結構建筑火災撲救難點

3.2.1? 燃燒猛烈，初期控火困難

大跨度網架結構建筑發生火災，若無法在初期對火情進行有效控制，基于其內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，由于大跨度網架結構建筑多處于距離城市較遠的郊區，使得對應的火災救援力量不能及時趕到現場進行針對性撲救，無法對初期火災進行有效控制。

3.2.2? 火情偵察較為困難

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

3.2.3? 疏散困難，行動受阻

以大跨度網架結構倉庫建筑為例，基于建筑內物品堆放較為雜亂，且堆積有大量原料、產品等現狀，使得大跨度網架結構倉庫建筑疏散途徑較少，過道較為狹窄，火災發生的過程中大小型機械難進入，難以實施隔離堵截戰術，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，造成鋼結構變形、建筑構件失去平衡穩定性等，進而導致鋼結構建筑隨時坍塌的危險。

3.2.4? 內攻危險性大，易造成人員傷亡

由于大跨度網架結構建筑內部布局較為復雜、縱深距離較長、救援環境十分惡劣，輻射高熱較為嚴重，再加上鋼材結構的形變導致的危險，都會對救災工作的開展產生嚴重的限制，消防救援人員在進入救援現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構溫度的升高，會給被困作業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

大跨度網架結構建筑在使用過程中，往往會被劃分為多個不同性能的區域，所以牽涉到的物品的種類較多，化學和物理性質較為復雜，所以在救援前需要對內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 大跨度網架結構建筑火災撲救對策

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，要結合實際情況和需求來制定完善的救災方案。針對鋼結構建筑內部的火災，要對火災進行全面控制，避免火災形勢惡化，盡可能規避人員傷亡。在鋼結構建筑內發生火災時，現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，要根據現場火勢發展方向部署力量，阻止火勢蔓延，開辟救人通道，全力疏散搜救建筑內部被困人員，盡最大努力減少人員傷亡，對有可能引起鋼結構變形、倒塌的火勢要迅速控制消滅。

4.2? 加強力量調派，明確“冷卻先于滅火”的主導地位

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

4.3? 實施現場警戒，做好火情偵察，及時準確掌握情況

消防救援人員應第一時間做好警戒，確保圍觀人員的疏散和現場秩序的維護，杜絕無關人員進入救援現場；通過火情偵察，獲知著火時間、起火部位、有無被困人員情況、燃燒物質性質、火勢蔓延途徑，火災燃燒范圍等相關信息。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的實際情況加以了解，并對結構變形的情況進行綜合分析，從而對建筑結構可能出現的坍塌情況加以預判。火災的不斷蔓延會對人員人身安全和財產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

大跨度網架結構建筑結構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部滅火，需將火場內的溫度控制在規定的安全標準范圍之內，并通過專門的勘察確認，保證徹底安全之后，才能從門、窗結構安設高壓水槍。內攻近戰時內攻人員應少而精，嚴格按照規定著裝，佩戴好個人防護裝備，利用水槍梯次掩護并進；設立火場觀察哨，嚴格執行出入登記制度，明確聯絡信號，時刻監控火場變化。

4.5? 科學破拆，排煙排熱，攻防結合

在大跨度網架結構建筑火災撲救中切忌盲目破拆，要根據現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坍塌。破拆時應選擇下風或側下風方向，實施快速有效的排煙排熱，適時放開1～2個口子，實現取舍適當，讓火場煙氣盡快排出，為后續實施內攻控火創造有利條件。

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”的作戰理念，綜合現場實際情況確定內攻的最佳位置，并充分結合內部空間結構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。以內部各個通道以及建筑防火分區為基礎，盡可能選擇堆放物品少、火災傳播慢的位置為入手點。要綜合分析建筑結構的形狀，如果結構存在不對稱或者是結構形狀不規則，可以選擇跨度最小的位置作為救災的入口。

4.7? 充分發揮大型救災設備作用

通過對大量的救災成功案例進行分析發現，大型救災設備的作用是非常大的，它的覆蓋范圍更加廣泛，能夠為水槍救災創造良好的基礎，從而協助救災人員高效完成救災任務。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備進行合理安排。

5 結語

近年來，大跨度網架結構建筑火災呈現多元化的特點，本文在概述大跨度網架結構建筑情況的基礎上，結合典型案例，分析總結了大跨度網架結構建筑火災危險性及撲救難點，梳理出了大跨度網架結構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。

參考文獻：

[1]楊柏桐.淺析網架大跨度建筑火災坍塌規律及預防措施[J].四川建筑，2021，41（5）：241-242.

[2]楊超杰，洪贏政，段建威.大跨度大空間廠房火災撲救案例分析[J].中國應急救援，2021（4）：66-69.

[3]李濱.大跨度鋼結構廠房火災危險性及防控措施[J].建材發展導向（下），2021，19（4）：50-51.

[4]肖婧.大跨度大空間廠房（倉庫）火災撲救案例分析及優化策略[J].今日消防，2022，7（7）：103-105.

[5]段清治.大跨度大空間廠房（倉庫）火災撲救案例分析及優化策略[J].中國高新科技，2020（20）：31-32.

[6]韓武磊.大跨度大空間倉儲建筑滅火救援對策研究[J].今日消防，2022，7（11）：41-43.

[7]劉賀.大跨度大空間廠房的火災撲救對策[J].消防界（電子版），2021，7（17）：98-99.

[8]孫佩剛.探討大跨度鋼結構建筑火災的撲救方法[J].今日消防，2022，7（5）：39-41.

[9]唐林泉，謝中華.大跨度大空間建筑火災撲救注意要點[J].消防界，2021，7（17）：94+96.

[10]劉暢.大跨度大空間結構建筑火災的撲救戰法[J].消防界（電子版），2021，7（16）：77-78.

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