气承膜结构会展建筑消防设计探讨

气承膜结构会展建筑消防设计探讨

万敏

深圳市博德维环境技术股份有限公司 518057

摘要：随着工程材料的开发与使用，大量使用薄膜材料的展览场馆出现，但目前还没有制定出相应的防火规范。文章以气承膜结构的概念、常见膜材料的防火性能为切入点，对气承膜结构的火灾风险和消防设计的难点进行了分析，以实际案例为基础，从结构与构造、防火分区划分、人员疏散控制、内装修防火、消防给水、火灾探测、通风排烟系统设置、灭火救援方式等几个方面，对气承膜结构会展建筑的加强消防技术措施展开了深入的探讨，并与现有的消防技术规范和火灾仿真结果相结合，给出了具有一定的可行性的特殊消防设计方案。

关键词：会展建筑；消防设计；气承膜结构

前言：空气-薄膜结构是20世纪初期开始出现的概念，随着科学技术和施工工艺的进步，气膜结构的建筑形态日益丰富。气支撑膜结构是以特种建筑纤维薄膜为“外壳”，薄膜表面与支撑结构相连接，并通过智能机械装置向封闭空间供给气压，利用内外压差将薄膜表面拉伸，以实现所需曲面。本项目拟在薄膜外引入倾斜网格拉索体系，将薄膜的拉力平均分配到支撑地基，从而确保薄膜的纵向和横向刚性，增强薄膜的稳定性。

一、气承膜结构会展建筑火灾危险性与消防设计难点

由于其抗火能力的不明确，导致其在火灾作用下的变形和破坏具有很大的不确定性。目前，我国《建筑设计防火规范》（2018) GB 50016-2014）等消防技术标准中，还没有对气膜结构的耐火级别进行明确的分类与识别。这种建筑没有柱子，没有梁，没有板，没有承重墙，没有屋面承重结构，不能参考现有的防火设计方法。尽管在这类建筑中可以使用非可燃性或难燃性的薄膜材料，但是，当高温烟气包裹、烘烤或与薄膜直接接触时，薄膜容易在高温下丧失弹性，薄膜表面的整体张力和应力系统将会产生巨大的改变，薄膜甚至会融化或烧坏，薄膜受力系统的失稳，导致薄膜的变形，从而导致薄膜的坍塌。建筑物空间的开放性和火灾的快速蔓延性，使得常规的安全逃生方案难以实施。气承膜体的穹顶将建筑物笼罩在一片不能进行消防隔离的密闭空间中，其内部空间高、跨度大，构成了大型储气室。在火灾发生的初始阶段，氧气供应充分，着火迅速；同时，火焰产生的烟气在穹顶下方聚集，增加了薄膜结构的稳定性，增强了薄膜的换热性能。由于穹顶具有较强的热辐射反射能力，因此，露天环境中的燃烧性、热烟等热能会多次累积，且不容易流失，从而加速了火的发展和蔓延。建筑顶棚下的高温、浓烟和燃烧产生的毒害气体充满了建筑顶棚下，使得建筑内的人员处于没有任何保护的状态，给建筑内的人员提供了很大的困难，给建筑内的人员提供了很大的困难。由于空气支撑膜结构楼体高耸，且楼体内部没有任何支承，使得楼体上部不能设置常规的火灾探测装置和自动喷水灭火装置，即使是已建成的装置，也大多因为收集热量和烟气的困难而未能起到应有的作用。此外，在气体支撑型薄膜结构，在其未熔合之前，其内部没有开孔，烟尘主要聚集在薄膜顶部，不能形成排烟通道，不能以自然或机械的形式排放[1]。

二、消防设计方案

（一）结构与构造设计

以气膜式建筑为研究对象，参考其膨胀展开后的形态，对其支座、围护墙、地基等支护构件的可燃性、耐火极限、防火间距等进行研究，并参考《建筑设计防火规范》的有关规定。气膜材料要满足国家有关的规范和标准，最好选择具有 A类可燃性的玻璃钢为基质，其耐火性不能小于B1。为防止气膜结构垮塌，在其内部安装了一套稳定压力监测系统[2]。在发生火灾时，膜结构和支撑系统的可使用时间至少为0.5小时。配电线和电气设备的铺设和安装不能紧邻薄膜材料。在膜材料之外，安装了钢缆的建筑，它与架空电力线的最近水平距离应该比电杆（塔）高要大，与35 kV及以上架空电力线的最近水平距离不应该小于40 m。

（二）通风和排烟装置

由于气膜结构具有完全密闭的特点，在发生火灾时，通常从顶部向下充满密闭的空气。在人为因素方面，火场高度2 m以上的烟尘聚集状况是决定火场火灾安全性的关键。空气支撑式薄膜结构构成了建筑物内部的超高、超大空间，在发生火灾时可以起到储存热气的作用。在采用不燃材料或难燃材料，并严格控制火灾载荷的条件下，在短时间内，热烟雾沉降不超过2 m的高度，可以不设计自然或机械排烟系统。对于下层支撑墙体的高度，在墙体周围2米处可设置天然的或机械的排烟口。消防自动报警器必须能够对通风、空调设备和气膜式充气设备进行联控，一旦发生火灾，能够在第一时间关闭气流通路，从而抑制火势的蔓延[3]。

（三）人员疏散控制

会展区外侧轮廓线上，应尽量多地布置疏散通道，以保证建筑物中任何一处到疏散通道的直线距离不得超过37.5米。在建筑跨度较大的情况下，可以在会展区的适当位置，设置一条隔墙耐火极限不低于3 h、楼板耐火极限不低于1.5 h的避难走道，避难走道会展端与建筑中任何一点的直线距离不得超过37.5 m，并且避难走道不能少于2条。采用了一些行之有效的技术手段，比如：网上预约申请入场、设置道闸计数器、显示器实时显示在场人数、超员报警装置等，对会展区内的人数进行了严格的控制，使其不能超出设计的容量。其设计容许人员数量，必须符合我国《建筑设计防火规范》中有关安全疏散通道宽度及任意一条通道的规定。火灾和紧急情况下，火灾和紧急情况下的指示灯应选用超大号或大号的指示灯，其亮度不能小于5.0升。建议使用在展会的撤离路线上的吊灯或高位照明灯（提供 EPS等备用电源），作为应急照明。在人员撤离通道及主撤离通道的地上安装照明指示牌，以保证视线的连续性，同时采用蓄光照明指示牌作为次要的撤离指示牌

[4]。

（四）消防给水设计

建筑内的消防给水和给水均由建筑内的空气密封膜结构提供，户外的消火栓也是建筑内的一部分。在展馆内，可以使用自动追踪和定位的喷流灭火系统（自动消防炮）。进行合理的加密，并保证每一处火场中都有两个火场可以同时射击。控制模式为自动控制，或在消防控制室手动控制，或在现场手动或远程控制。自动灭火炮筒的最大安装高度不得大于32米，且安装网架的最高位置必须与空气薄膜材料有一段安全的距离。在救火通道的入口处设有消火栓盒，并在盒中放置可移动的灭火器，如消防水带卷盘。除了灭火器之外，在建筑内部还应该配置一些体积小、效率高的移动灭火设备，例如，在平台后方，应该配置一些适用性强、灭火效率高、机动能力优、适合于大屏幕火灾的灭火设备或背负式高压脉冲细水雾灭火设备等。

结论：本论文对气承膜结构会展建筑的消防设计方案进行了探讨，通过对建筑材料燃烧性能进行控制，对火灾荷载进行严格控制，设置室内防火隔离带和避难走道，有效监控在场人员，设置多种不同的火灾探测装置，加密布置灭火设施设备，实时监控气膜结构稳定性、压力等，从而实现了既能保证气膜结构安全，又能保证人员生命安全的消防安全目的，因此，该项目的实施可行性很高，对其它气承膜结构的消防设计也有一定的借鉴作用。

参考文献：

[1]谢天光,路世昌,黄益良.气承式膜结构屋盖防火设计研究[J].消防科学与技术,2023,42(01):75-78+93.

[2]王雪,罗锦鸿,蒋伯晨,何艳丽.气承式膜结构风振响应下索膜接触的优化分析[J].山西建筑,2022,48(07):10-14

[3]王廷,余瑾,杨晓娟,李序.气承膜式会议中心防火分隔措施研究与数值模拟分析[J].今日消防,2022,7(03):4-8.

[4]赵彦国,何艳丽.索膜接触对气承式膜结构风致响应的影响[J].建筑结构学报,2022,43(12):31-40.DOI:10.14006/j.jzjgxb.2021.0348.