摘要：本文針對膜結構建筑的特殊建筑形式，分析了其存在的幾個火災危險性，并提出相應的防火對策，以保證這種形式建筑的防火安全。
關鍵詞：膜結構 火災危險性 防火對策
1．前言
膜結構是近一段時間內獲得迅猛發展的一種新型空間結構，它由于只承受張力，使得材料受力性能得到充分發揮，而且以重量輕，允許跨越大空間和設計成各種外形，施工周期短，維護方便，造價低廉，可滿足多方面的使用要求，易與自然環境融為一體等優點，被國際建筑界譽為二十一世紀的建筑。膜結構是一種全新的建筑結構形式，它以優良的織物為材料，利用柔性鋼索或剛性支撐結構通過彎曲內面力傳送，將膜面繃緊。從而形成具有一定剛度、張力，能夠覆蓋大跨□度空間的結構體系。膜結構的發展最初主要以充氣結構為主，但張力膜結構出現后，充氣式膜結構除在特殊領域應用外，已大部分被張力膜結構代替。目前隨著我國北京2008 年奧運會腳步的逐漸臨近，奧運廠館的建設也已拉開序幕，北京在今后的幾年內，將建成一批大型膜結構工程。1997 年在上海第八屆全國運動會的主體育場的挑篷采用了膜結構，覆蓋面積為36100 ㎡，這是我國首次將膜結構應用到大面積的永久性建筑上。近年來，我國還在北京順義游泳館、景山公園冰燈展廳，鞍山游泳館，蘇州樂園的音樂廣場，長沙的世界之窗劇場，上海虹口體育場的看臺，青島頤中體育場的看臺建筑中都采用了膜結構。
可以看出膜結構建筑已經成為當今世界大空間建筑形式的一支主流，然而作為一種新型的建筑形式，在消防安全領域膜結構可以說存在著很多與現行規范不符的方面，也就是說它與傳統的建筑防火概念有很大的沖突，比如，建筑材料耐火極限、防火分區的劃分、人員的安全疏散、火災自動報警系統的應用以及滅火系統的應用都是傳統建筑設計方式所滿足不了的。
2．膜結構建筑存在的火災危險性：
2．1 建筑材料的耐火等級問題
用于膜結構中的高強度柔韌性薄膜稱為膜材，它是膜結構工程中最重要的組成部分，作用與鋼筋、混凝土、輕質板材上是等同的，在膜結構建筑中既是起圍護作用的建筑材料，又是張拉結構體系中的受力材料。《建筑設計防火規范》及《高層民用建筑防火設計規范》中對建筑物各構件的燃燒性能和耐火極限都有明確的規定。目前膜結構建筑中使用的膜材通常有兩類，一類是以玻璃纖維織物為基材，涂覆聚四氟乙烯（PTFE）等樹脂材料，燃燒性能可達到A 級；另一類是以尼龍織物為基材，涂覆PVC 及其他樹脂材料，燃燒等級可以達到B1 級。
如果采用前者應該可以滿足要求，但如果采用后者則整體膜結構建筑的耐火極限如何確定，有待進一步分析；
２．２建筑空間跨度大，較難劃分防火分區，火災情況下易形成火災蔓延
膜結構大多用于體育館、劇院、展覽建筑的觀眾廳、展覽廳，其面積、長度可以根據需要確定，但如果用于商業、學校、食堂、菜市場等建筑，就要受規范的限制了，必須作防火分區，但這種建筑大多高度及跨度都很大，劃分防火分區比較困難，因此，一旦發生火災，各種垂直通道起拔火桶作用。當煙氣到達膜面以下時，頂部氣流水平運動，致使火災橫向擴大，容易形成大面積的火災蔓延。
２．３人員疏散困難
膜結構建筑因空間巨大，人員在膜空間內到達室外出口的距離長，因此疏散時間就長。煙霧向上和向水平方向快速蔓延，擋住了疏散人員的視線，增大了疏散難度。另外，大空間內人員多，疏散時容易發生滯留。
２．４火災探測不及時，普通自動滅火設施無法有效發揮作用，火災撲救困難
膜結構建筑空間一般都比較高，跨度比較大，發生火災后煙氣蔓延時，探測器動作與在普通建筑內動作相比會慢一些，且我們通常使用的自動噴水滅火系統在這種建筑中布置比較困難，更不能有效發揮滅火作用。撲救膜建筑這種大空間建筑物火災往往會遇到很多的困難。例如：熱輻射強，煙霧濃，火勢蔓延速度快、途徑多。另外，面對新型的膜建筑，我們缺乏撲救這類大空間建筑物火災的實戰經驗，這給消防滅火的登高作業、內攻偵察、火場供水等都帶來不少困難。
３．膜結構建筑的防火對策
對于膜結構建筑，由于其空間大，在防火分區、人員疏散以及消防設施的配備等方面，按照現行法規很難實現其防火安全。因此，我們可以采用消防安全工程學的原理和方法，根據建筑物的結構、用途、內部裝修、火災荷載等的具體情況，由設計者根據建筑物的各個不同的空間條件、功能條件及其他相關條件，自由選擇為達到消防安全目的而采取的各種防火措施，并將其有機地組織起來，構成該建筑物的總體防火安全設計方案，然后對建筑火災危險性和危害性進行定量的預測和評估，從而得出最優化的防火設計方案，為建筑物提供最合理的防火保護。
３．１建筑構件的耐火等級
膜結構建筑的支撐一般為鋼結構，國內對于鋼結構的保護多采用涂防火涂料。國外類似建筑大多是不涂防火涂料的。還有一種更為穩妥的辦法：就是在構造上作處理，使膜面緊貼在鋼索下面，火災中煙氣首先面對的是膜面，這樣鋼索下面又多了一個保護層，使鋼架不受任何高溫作用。
瑞典國家測試院曾對PTFE 和PVC 兩種膜材料進行同樣條件的燃燒試驗，對試驗過程的溫度、有毒氣體成分、膜材燒穿情況進行了測試分析，結果表明雖然PTFE 膜材的耐火極限和燃燒性能比PVC 膜材高，但是PVC 膜材受熱后很快形成開放洞口，有利于煙氣和熱量的排出，從而延緩鋼結構的坍塌，而PTFE 膜材受熱后只是接縫處裂開，最后沿接縫大塊脫落，熱量容易在頂部聚集，而且PTFE 膜材產生的CO2 和CO 至少是PVC 膜材的兩倍，因此對于膜結構特別是封閉式膜結構建筑使用PVC 膜材好一些。
３．２采取特殊的防火、防煙分隔措施
膜結構大多用于體育館、劇院、展覽建筑的觀眾廳、展覽廳，其面積、長度可以根據需要確定，但如果用于商業、學校、食堂、菜市場等建筑，就要受規范的限制了，膜結構建筑相對于普通建筑，在主體大空間內無構造柱與梁，是一個連續完整的空間。膜空間和與之相連的部分之間必須設置有效的防火分隔設施，防止火勢向膜空間以外的其它空間蔓延。用普通建筑中的防火墻和防火卷簾劃分防火分區難以實現。我們可以采取一些特殊措施，例如可以采用“防火帶”的方法劃分防火分區，即在有可燃物品的建筑物中劃分出一段區域，這個區域內的建筑構件及裝修全部為非燃材料(且該區域內不存放可燃物)并采取有效的防煙措施，阻擋防火帶一側的煙火向另一側蔓延，從而在空間上形成一個無形的防火分隔區域。對于防煙分區的劃分，可以利用空間上方結構體系，掛上以耐火纖維為基材的輕質幕布，平時卷起，在火災報警后自動放下，懸停于一定高度進行防煙分區，劃分的面積在1000 平方米左右，代替了傳統的擋煙垂壁，效果明顯。
３．３機械防排煙設施
對于封閉的膜結構建筑物，設置機械防排煙設施是至關重要的，煙氣往往比火更可怕，在火災中，煙氣彌漫，能見度被降低，延誤了疏散時間；大量高溫有毒氣體的存在，使人降低和逐漸喪失了逃生能力；高溫煙氣有著與火一樣的對建筑結構破壞的作用。就膜建筑來說，其防火分區面積和疏散距離都已超標，所以對這類建筑的大空間進行有效的防排煙設計顯得由為重要。第一步是控煙，通過一定的正壓送風量將火災煙氣吹向一個固定的空間內，使煙氣不會無規則擴散；第二步是蓄煙，利用建筑物自身的大空間條件設計“儲煙倉”將煙氣蓄積，形成距地面有一定高度的無煙層；第三是排煙。國外研究機構通過計算機模擬證明：如果一個煙控系統設計適當，可以防止煙在30～45min 內聚集在距地面3～4ｍ處。這段時間對于人員疏散是極其寶貴的，同時也給滅火創造了有利條件。
３．４運用新型的火災探測系統
通常建筑中所廣泛使用的火災探測器大多數以煙氣濃度和溫度為信號進行探測的，且大多數為頂棚式安裝。普通建筑的樓層高度多數在6m 以下，火災煙氣能很快到達頂棚，因此這類探測器是適用的。然而膜結構建筑空間很高，煙氣在上升過程中不斷受到冷卻和稀釋，在到達頂棚時濃度和溫度都大大降低，不足以啟動火災探測器。另外，由于建筑物內部熱風壓影響，大空間上部常常會形成一定厚度的熱空氣層，它足以阻止火災煙氣上升到大空間頂棚，從而影響火災探測器工作，所以普通型探測器是不適用于膜建筑的。運用新型的火災報警技術如紅外光束感煙探測器、空氣采樣及線型差溫探測器運用于膜建筑，解決了膜空間早期報警的難題。
３．５采用有效的自動滅火裝置
設置空氣加壓移動式消防水炮。它可根據空氣加壓的大小確定射程，確保膜空間及其中部區域的安全。另外在大廳四壁適當位置上可考慮設置帶架水槍，以便當展廳上半部的橫幅、彩帶、氣球之類的可燃物著火后，可有效的組織撲救。
4. 結束語
以上針對膜結構建筑物的特點，在防火安全方面作了一些初步的探討，有不成熟的觀點，有待進一步的驗證，希望有關專家學者批評指正。
關鍵詞：膜結構 火災危險性 防火對策
1．前言
膜結構是近一段時間內獲得迅猛發展的一種新型空間結構，它由于只承受張力，使得材料受力性能得到充分發揮，而且以重量輕，允許跨越大空間和設計成各種外形，施工周期短，維護方便，造價低廉，可滿足多方面的使用要求，易與自然環境融為一體等優點，被國際建筑界譽為二十一世紀的建筑。膜結構是一種全新的建筑結構形式，它以優良的織物為材料，利用柔性鋼索或剛性支撐結構通過彎曲內面力傳送，將膜面繃緊。從而形成具有一定剛度、張力，能夠覆蓋大跨□度空間的結構體系。膜結構的發展最初主要以充氣結構為主，但張力膜結構出現后，充氣式膜結構除在特殊領域應用外，已大部分被張力膜結構代替。目前隨著我國北京2008 年奧運會腳步的逐漸臨近，奧運廠館的建設也已拉開序幕，北京在今后的幾年內，將建成一批大型膜結構工程。1997 年在上海第八屆全國運動會的主體育場的挑篷采用了膜結構，覆蓋面積為36100 ㎡，這是我國首次將膜結構應用到大面積的永久性建筑上。近年來，我國還在北京順義游泳館、景山公園冰燈展廳，鞍山游泳館，蘇州樂園的音樂廣場，長沙的世界之窗劇場，上海虹口體育場的看臺，青島頤中體育場的看臺建筑中都采用了膜結構。
可以看出膜結構建筑已經成為當今世界大空間建筑形式的一支主流，然而作為一種新型的建筑形式，在消防安全領域膜結構可以說存在著很多與現行規范不符的方面，也就是說它與傳統的建筑防火概念有很大的沖突，比如，建筑材料耐火極限、防火分區的劃分、人員的安全疏散、火災自動報警系統的應用以及滅火系統的應用都是傳統建筑設計方式所滿足不了的。
2．膜結構建筑存在的火災危險性：
2．1 建筑材料的耐火等級問題
用于膜結構中的高強度柔韌性薄膜稱為膜材，它是膜結構工程中最重要的組成部分，作用與鋼筋、混凝土、輕質板材上是等同的，在膜結構建筑中既是起圍護作用的建筑材料，又是張拉結構體系中的受力材料。《建筑設計防火規范》及《高層民用建筑防火設計規范》中對建筑物各構件的燃燒性能和耐火極限都有明確的規定。目前膜結構建筑中使用的膜材通常有兩類，一類是以玻璃纖維織物為基材，涂覆聚四氟乙烯（PTFE）等樹脂材料，燃燒性能可達到A 級；另一類是以尼龍織物為基材，涂覆PVC 及其他樹脂材料，燃燒等級可以達到B1 級。
如果采用前者應該可以滿足要求，但如果采用后者則整體膜結構建筑的耐火極限如何確定，有待進一步分析；
２．２建筑空間跨度大，較難劃分防火分區，火災情況下易形成火災蔓延
膜結構大多用于體育館、劇院、展覽建筑的觀眾廳、展覽廳，其面積、長度可以根據需要確定，但如果用于商業、學校、食堂、菜市場等建筑，就要受規范的限制了，必須作防火分區，但這種建筑大多高度及跨度都很大，劃分防火分區比較困難，因此，一旦發生火災，各種垂直通道起拔火桶作用。當煙氣到達膜面以下時，頂部氣流水平運動，致使火災橫向擴大，容易形成大面積的火災蔓延。
２．３人員疏散困難
膜結構建筑因空間巨大，人員在膜空間內到達室外出口的距離長，因此疏散時間就長。煙霧向上和向水平方向快速蔓延，擋住了疏散人員的視線，增大了疏散難度。另外，大空間內人員多，疏散時容易發生滯留。
２．４火災探測不及時，普通自動滅火設施無法有效發揮作用，火災撲救困難
膜結構建筑空間一般都比較高，跨度比較大，發生火災后煙氣蔓延時，探測器動作與在普通建筑內動作相比會慢一些，且我們通常使用的自動噴水滅火系統在這種建筑中布置比較困難，更不能有效發揮滅火作用。撲救膜建筑這種大空間建筑物火災往往會遇到很多的困難。例如：熱輻射強，煙霧濃，火勢蔓延速度快、途徑多。另外，面對新型的膜建筑，我們缺乏撲救這類大空間建筑物火災的實戰經驗，這給消防滅火的登高作業、內攻偵察、火場供水等都帶來不少困難。
３．膜結構建筑的防火對策
對于膜結構建筑，由于其空間大，在防火分區、人員疏散以及消防設施的配備等方面，按照現行法規很難實現其防火安全。因此，我們可以采用消防安全工程學的原理和方法，根據建筑物的結構、用途、內部裝修、火災荷載等的具體情況，由設計者根據建筑物的各個不同的空間條件、功能條件及其他相關條件，自由選擇為達到消防安全目的而采取的各種防火措施，并將其有機地組織起來，構成該建筑物的總體防火安全設計方案，然后對建筑火災危險性和危害性進行定量的預測和評估，從而得出最優化的防火設計方案，為建筑物提供最合理的防火保護。
３．１建筑構件的耐火等級
膜結構建筑的支撐一般為鋼結構，國內對于鋼結構的保護多采用涂防火涂料。國外類似建筑大多是不涂防火涂料的。還有一種更為穩妥的辦法：就是在構造上作處理，使膜面緊貼在鋼索下面，火災中煙氣首先面對的是膜面，這樣鋼索下面又多了一個保護層，使鋼架不受任何高溫作用。
瑞典國家測試院曾對PTFE 和PVC 兩種膜材料進行同樣條件的燃燒試驗，對試驗過程的溫度、有毒氣體成分、膜材燒穿情況進行了測試分析，結果表明雖然PTFE 膜材的耐火極限和燃燒性能比PVC 膜材高，但是PVC 膜材受熱后很快形成開放洞口，有利于煙氣和熱量的排出，從而延緩鋼結構的坍塌，而PTFE 膜材受熱后只是接縫處裂開，最后沿接縫大塊脫落，熱量容易在頂部聚集，而且PTFE 膜材產生的CO2 和CO 至少是PVC 膜材的兩倍，因此對于膜結構特別是封閉式膜結構建筑使用PVC 膜材好一些。
３．２采取特殊的防火、防煙分隔措施
膜結構大多用于體育館、劇院、展覽建筑的觀眾廳、展覽廳，其面積、長度可以根據需要確定，但如果用于商業、學校、食堂、菜市場等建筑，就要受規范的限制了，膜結構建筑相對于普通建筑，在主體大空間內無構造柱與梁，是一個連續完整的空間。膜空間和與之相連的部分之間必須設置有效的防火分隔設施，防止火勢向膜空間以外的其它空間蔓延。用普通建筑中的防火墻和防火卷簾劃分防火分區難以實現。我們可以采取一些特殊措施，例如可以采用“防火帶”的方法劃分防火分區，即在有可燃物品的建筑物中劃分出一段區域，這個區域內的建筑構件及裝修全部為非燃材料(且該區域內不存放可燃物)并采取有效的防煙措施，阻擋防火帶一側的煙火向另一側蔓延，從而在空間上形成一個無形的防火分隔區域。對于防煙分區的劃分，可以利用空間上方結構體系，掛上以耐火纖維為基材的輕質幕布，平時卷起，在火災報警后自動放下，懸停于一定高度進行防煙分區，劃分的面積在1000 平方米左右，代替了傳統的擋煙垂壁，效果明顯。
３．３機械防排煙設施
對于封閉的膜結構建筑物，設置機械防排煙設施是至關重要的，煙氣往往比火更可怕，在火災中，煙氣彌漫，能見度被降低，延誤了疏散時間；大量高溫有毒氣體的存在，使人降低和逐漸喪失了逃生能力；高溫煙氣有著與火一樣的對建筑結構破壞的作用。就膜建筑來說，其防火分區面積和疏散距離都已超標，所以對這類建筑的大空間進行有效的防排煙設計顯得由為重要。第一步是控煙，通過一定的正壓送風量將火災煙氣吹向一個固定的空間內，使煙氣不會無規則擴散；第二步是蓄煙，利用建筑物自身的大空間條件設計“儲煙倉”將煙氣蓄積，形成距地面有一定高度的無煙層；第三是排煙。國外研究機構通過計算機模擬證明：如果一個煙控系統設計適當，可以防止煙在30～45min 內聚集在距地面3～4ｍ處。這段時間對于人員疏散是極其寶貴的，同時也給滅火創造了有利條件。
３．４運用新型的火災探測系統
通常建筑中所廣泛使用的火災探測器大多數以煙氣濃度和溫度為信號進行探測的，且大多數為頂棚式安裝。普通建筑的樓層高度多數在6m 以下，火災煙氣能很快到達頂棚，因此這類探測器是適用的。然而膜結構建筑空間很高，煙氣在上升過程中不斷受到冷卻和稀釋，在到達頂棚時濃度和溫度都大大降低，不足以啟動火災探測器。另外，由于建筑物內部熱風壓影響，大空間上部常常會形成一定厚度的熱空氣層，它足以阻止火災煙氣上升到大空間頂棚，從而影響火災探測器工作，所以普通型探測器是不適用于膜建筑的。運用新型的火災報警技術如紅外光束感煙探測器、空氣采樣及線型差溫探測器運用于膜建筑，解決了膜空間早期報警的難題。
３．５采用有效的自動滅火裝置
設置空氣加壓移動式消防水炮。它可根據空氣加壓的大小確定射程，確保膜空間及其中部區域的安全。另外在大廳四壁適當位置上可考慮設置帶架水槍，以便當展廳上半部的橫幅、彩帶、氣球之類的可燃物著火后，可有效的組織撲救。
4. 結束語
以上針對膜結構建筑物的特點，在防火安全方面作了一些初步的探討，有不成熟的觀點，有待進一步的驗證，希望有關專家學者批評指正。