谈大跨度大空间建筑设计特点

张凤海

【摘 要】随着建筑技术的不断进步，经济社会的全面发展，新的建筑结构形式不断产生，近年来，大跨度大空间结构成了大型企业厂房的主要结构形式。由于这种建筑形式具有结构简单、施工方便、跨度大、外观漂亮、内部空间大、内部自由度大，特别是投资少且投资周期短等优点，越来越受到投资者的青睐。但这种建筑在消防方面，特别是在火灾扑救方面存在许多难点，一旦发生火灾，极易造成大面积燃烧和重大财产损失。大跨度大空间建筑在增多，其功能和结构也越来越复杂，新情况，新问题，越来越多，这就要求我们对大跨度大空间建筑特点及火灾扑救对策的不断研讨，它是继七类灾害事故灭火救援预案之后出现的又一个新课题。

【关键词】大跨度；大空间；钢结构；钢筋混凝土结构；建筑

隨着建筑技术和经济的快速发展，新的建筑结构形式不断产生，近年来，大跨度大空间结构成了大型企业厂房的主要结构形式。由于这种建筑形式具有结构简单、施工方便、跨度大、外观漂亮、内部空间大、内部自由度大，特别是投资少且投资周期短等优点，越来越受到投资者的青睐。但这种建筑在消防方面，特别是在火灾扑救方面存在许多难点，一旦发生火灾，极易造成大面积燃烧和重大财产损失。火灾的发生，不但给国家造成了巨大损失，而且在社会上造成了极大的影响。因此，对大跨度大空间建筑特点及火灾扑救对策的研讨，是继七类灾害事故灭火救援预案之后出现的又一个新课题。

一、大跨度大空间建筑的概念与分类

（一）大跨度大空间建筑的定义。大跨度大空间建筑是指主要由柱、梁、板、外墙四部分组成，梁和柱是建筑物的主要承重构件，所有承重墙（柱）之间单跨宽度60米以上或单个防火分区5000平方米以上，而且净空高度8米以上的建筑。

（二）大跨度大空间建筑的分类。大跨度大空间建筑，根据建筑物的用途可分为：民用建筑和工业建筑；根据建筑物的材料可分为：钢筋混凝土结构、钢结构和混合结构。钢筋混凝土结构的梁、柱都是钢筋混凝土预制件，造价比其它建筑要低，比钢结构要高；钢结构的梁、柱的材料都是钢材，一般为大型工字轻钢，钢材的受压性能较差；混合结构的承重柱是钢筋混凝土预制件，横梁为钢材，可承受轻质屋盖结构，其跨度比钢筋混凝土梁大。

二、大跨度大空间建筑的基本特点

（一）施工要求简单，成本低、工期短。大跨度大空间建筑的主要特点是：自重轻、基础造价底、适用于软弱地基、安装容易、施工速度快、周期短、投资回收快、工厂制作程度高、施工污染环境少、抗震性好。大跨度大空间建筑多为单层（或带夹层）建筑，以轻钢柱子、梁或钢筋混凝土柱子为主要承重主体，其在建筑施工过程中的要求远低于其他类型的建筑，而且它的构件自重轻、耐地震力效果好、可大批量预制加工，所以，整体预算成本相对较低，施工快捷，工期短，对于企事业单位而言，出效益也相当快。

（二）建筑跨度长，空间大。为适应使用功能多样化的需要，往往决定了大跨度大空间建筑的长度、宽度和高度均比较大。单层（或带夹层）框架结构厂房长度大多在100米以上，甚至达到200多米，建筑物的宽度一般都在50米—100米，高度为6—15米，厂房面积从几千到几万平方米，甚至达到十万平方米以上。大跨度大空间建筑的建筑基本上不设闷顶，上下连通，形成了一个较大的内部空间，这种大跨度、大空间的建筑特点给初期火灾的蔓延和扩大提供了极为有利的条件。

（三）可燃物质多，功能齐、密度高。大跨度大空间建筑多适用于二、三类产业的生产，而生产使用的原材料如纺织化纤、橡胶制品、塑料制品、木材纸张、汽车、摩托车等均为可燃或易燃物品，而且厂房内往往不是一条单一的生产线，有可能是多条甚至是整条流水线在同时作业，这就使内部存放的物品种类很多，从原材料到半成品、成品一应俱全，无形中增加了内部可燃物的密度。而且大部分单位为了有效利用空间和便于管理，往往将临时仓库也设在厂房内，出口通道往往不足或被占用，大大增加了火灾扑救难度和人员及时的疏散。

（四）地处偏僻，水源缺乏。大跨度大空间建筑受自身占地面积大这一特点的限制，一般都建在城郊或是较为偏僻的工业园区，而该类地段的设计规划往往起步缓慢，配套设施不完善，更有甚者象一些区域性由村、办事处一级组建的工业园区根本没有系统的规划，其中尤为突出的一点就是框架结构内无消防设施、给水系统不完善，附近无消防水源。即使设有给水系统，但多数的是非环状管网，一旦遇上大面积燃烧火势灭火场面，水源就成了一个很难解决的大问题。

（五）起步晚，机制落后。大跨度大空间建筑厂房是近年来才普遍兴建的建筑新的形式，目前，国内还没有统一的设计和施工规范，消防法规、监督规范也没有对大跨度大空间建筑作具体的规定，导致大量、大跨度、大空间建筑设计和施工存在许多先天不足。再加上企业在实际工程操作中，为了尽快创造高利润、高效益，存在着先施工后申报、项目更改未重报、未通过验收便投入使用、管理不到位等一系列不正常的现象，这也正是促成火灾事故频发的主要原因。

三、大跨度大空间建筑的钢结构与钢筋混泥土结构火灾特点及规律区别

（一）轻钢结构承载能力随温度的升高而逐渐降低，不会因燃烧而突然断裂，当用水进行冷却时，轻钢柱、梁的承载力可重新恢复。而混凝土结构被火烧后，结构的机械强度受到破坏，承重能力减弱，加之外部射水后不但增加了荷载，而且短时间内混凝土强度因分解产物吸水膨胀等作用而进一步降低，可能发生突然断裂、倒塌现象。这是钢结构与混凝土结构在水冷却后的主要区别。

（二）钢结构，顶部梁与梁之间一般相互连接；而钢筋混泥土结构，每跨的梁一般分别搁在柱子顶部的，跨与跨之间的梁一般不相互连接。钢框架柱，当温度在200℃以内时，钢材的强度基本不变，温度在250℃以内时强度还有局部性的提高，但超过300℃以后，钢材的强度开始显著下降，当温度达到500℃时，强度则下降一半，钢开始熔化、扭曲，当温度达到600℃时，其强度几乎等于零，框架倒塌；钢筋混泥土框架柱，受热低于300℃时，温度升高对柱子强度影响不大，甚至使强度增强，受热高于300℃，混凝土产生脱水、龟裂、晶体破坏、体积膨胀等现象，当温度达到600℃时，钢筋混凝土构件承载力受到影响，但不会倒塌，700℃—900℃混凝土中的CaCO3发生分解，燃烧900℃以上构件产生倒塌。

（三）钢结构，一般不会在瞬间突然塌落，它会随着钢柱子的熔化和其它柱子的拉力影响而缓慢倒塌，但不会引起其它区域大面积的倒塌；钢筋混泥土柱框架结构，在燃烧最猛烈的一跨内，梁及屋盖会先倒塌，只要柱子不断裂，其他跨一般不会倒塌。

四、结束语

随着建筑技术的不断进步，经济社会的全面发展，大跨度大空间建筑在逐渐增多，其功能和结构也越来越复杂，新情况、新问题越来越多，我们必须不断地探索和研究大跨度大空间建筑火灾扑救的强有力、高效能的措施，以保障国家财产和人民的生命安全。