钢结构建筑火灾调查研究

宋刚

（北京市通州区消防救援支队，北京 101121）

1 引言

钢结构建筑具备设计灵活、支撑性好、自重较轻、施工高效等优势，在我国得到广泛的应用。但是，建筑钢结构耐火性与防火性相对较弱，因此，火灾防控十分关键。结合国内外研究成果看，钢结构建筑火灾的发生概率、影响程度与主体材质、外层材质、建筑用途、内部系统等因素相关，且其主动防火与被动防火相互分离。要切实提升钢结构建筑的火灾防控质量，不仅要在事故调查中获取信息、积累经验，还要全面实现耐火、防火技术的运用。

2 钢结构建筑火灾调查背景

本事故案例为一起典型钢结构建筑火灾事故，位于北京市通州区某维修厂区，火灾未造成人员伤亡。厂区内所有厂房均为地上1层钢结构建筑，维修车间、客户接待区、办公区由北向南依次排列（见图1）。其中，维修车间整体结构相对完整，建筑主体、内部设施损毁程度与内墙、天花烟熏痕迹均表现出由南向北逐渐减轻的特点。客户接待区受火灾影响最大，建筑外层结构材料大面积脱落，大部分金属龙骨裸露，并有明显过火形变情况。外墙门窗玻璃及内部样品展柜玻璃均已破碎并散落于地面，家具套件、装饰材料及室内其他物品烧损严重。接待区北侧的配电箱内线路绝缘层已烧失，大部分金属构件存在烧熔、形变等情况，部分烧熔物附着于电线上。接待区内部多台空调机、饮水机、计算机、电暖气等用电设备外壳已烧熔、烧失，内部线路及构件损毁严重。办公区北侧烧损较为严重，大量办公设施仅剩残余框架。办公区南侧有配电箱及多个移动插排，整体未见异常。

图1 某厂区主要分区结构

3 钢结构建筑火灾调查

3.1 起火部位

结合火灾事故的现场勘查情况看，厂区内钢结构建筑区域中部的客户接地区受损最为严重，且有全部过火现象。维修车间的烧损情况由南向北逐渐减轻，办公区的烧损情况则由北向南逐渐减轻。由此，初步判断起火点在客户接待区内，火焰在未得到有效控制的情况下，向南北两侧蔓延，进而导致维修车间、办公区起火，并造成客户接待区近侧建筑结构及厂房设施严重烧损。在此基础上，结合现场人员描述及监控系统记录，确定客户接待室为起火部位，且室内西侧区域最先起火的可能性最大。

3.2 起火原因

提取调查厂区门禁系统、监控系统的相关信息，确定在火灾发生前，厂区内并无可疑人员或可疑行为。在此基础上，将走访调查、监控调查范围扩大至维修厂周边区域及街道，仍未发现可疑因素，故初步排除人为纵火情况，并将火灾原因聚焦于厂区内部。

结合监控记录及工作人员口述得知，火灾发生前客户接待区内有客户接待活动，且存在室内用火行为，如客户吸烟，以及工作人员向客户展示技术零件的防火耐热特性。因此，不排除人员在离开客户接待区后存在遗留火种的情况。

从火灾发生后的现场情况看，客户接待区建筑内部配电箱烧损严重，且内部线路、构件存在异常。室内部分移动插排及设备插头有明显烧熔痕迹，且插排下方地毯、木地板及插排线路旁侧墙体及饰面烧损严重。因此，存在电气故障起火的可能，且可能性大于遗留火种引火。

3.3 火灾蔓延情况

从事故后果看，案例厂区火灾的火势较大、蔓延程度较高，除作为起火部位的客户接待区外，维修车间、办公区也受到明显的火灾影响。室内起火后，可燃物在燃烧分解时生成大量高温烟气，并与室内冷空气发生接触。此时，因热烟气与冷空气之间密度不同，故产生浮力羽流现象（见图2）。在密度差作用下，火焰羽流向上蹿升，并与大量的冷空气相融合，最终在建筑内部上层区域形成大量的弥漫烟气（见图3），进而导致内墙、天花板等部位出现大面积烟熏痕迹[1]。

图2 火焰燃烧结构

图3 建筑内部热烟气层的分布

案例厂区中，客户接待区的烟熏痕迹面积最大，办公区次之，维修车间相对较少，但靠近客户接待区一侧的烟熏痕迹较明显。由此可见，火焰以客户接待区为起点向两侧蔓延时，向南侧蔓延较多，向北侧蔓延较少。究其原因，主要与维修车间的空旷、杂物少、可燃物少、设备防火性强等特点有关。进一步调查分析，此次钢结构建筑火灾蔓延的诱因包括以下方面：

1）建筑耐火性与防火性能较差。火灾发生时，火焰、热烟气的温度高达千度，若钢结构建筑主体及内外层结构缺乏良好的耐火性与防火性，势必导致火势增大。案例厂区外层为夹芯彩钢板及部分干挂铝塑板。其中，彩钢板夹层芯体为聚苯乙烯材质，铝塑板为B2级，两者均具有一定的可燃性，为火灾蔓延、火势增大提供了条件。由于单位风险意识不足，盲目节约设计与施工成本，客户接待区及办公区并未配置充足的防火涂料加护、防火卷材铺装等防火保护，火灾发生后，内墙表面漆层及装饰层难以阻挡燃烧侵袭与高温影响，导致墙体受损严重，大量金属龙骨外露。

2）电气系统缺乏规范性。基于产品展示、客户接待、日常办公等需求，客户接待区、办公区的建筑内部配置大量用电设备，如空调机、计算机、打印机、饮水机、电暖气等。但设备、移动插排及线路分布混乱，且部分存在私拉乱接情况。同时，调查发现部分用电设备存在质量问题，如品牌不明、线路绝缘层损坏、故障维修未落实等[2]。可见，电气火灾隐患进一步增加了电气故障引起火灾或加剧火势的可能性。

3）室内可燃物较多。客户接待区、办公区的钢结构建筑内部均配有大量可燃性物品，如布艺家具、毛织地毯、纸质文件、木质置物架等。同时，两个分区的厂房内均设有换衣间，大量衣物及木质箱柜也是加剧火情的重要因素。可燃物的大量存在与混乱、密集布置既对起火部位、火灾蔓延走向的认定造成了干扰，也给火灾的控制与扑救增加了难度。

4 钢结构建筑火灾调查结果

结合案例厂区钢结构建筑火灾的调查情况，遗留火种、电气故障是可能导致火灾发生的原因，且后者的可能性更大。火灾发生后，由于电气设备多、可燃物多、建筑防火质量差等诸多因素影响，火情难以得到有效的控制，并较剧烈地由客户接待区向维修车间、办公区蔓延。在此过程中，热烟气大量产生，室内温度快速升高，大量用电设备、办公用品发生燃烧或爆燃，最终导致钢结构建筑严重受损，建筑内部设施大部分烧毁。由此可见，钢结构建筑火灾发生时，具有燃烧速度快、燃烧规模大、物品烧损严重、结构易受破坏等特点，且火灾成因、诱因相对多样。基于此，主要结合调查结果提出以下防控火灾的应对建议。

1）应尽量提升钢结构建筑的耐火、防火性能。一方面，要提高钢结构主体的耐火极限性能，以达到二级及以上标准为宜（见表1）。判断钢结构耐火性能是否达标时，主要依据RT≥Sm、tD≥tm及TD≥Tm（RT为钢结构的高温承载力，kN；Sm为极限耐火周期内火灾荷载的组合效应，kN；tD为钢结构的实测耐火时间，h；tm为钢结构的极限耐火时间，h；TD为钢结构保持稳定承载状态的临界温度，℃；Tm为钢结构在极限耐火状态下的最高温度，℃）判定。实践中，钢结构满足上述任一公式要求即可判定其达到耐火标准。另一方面，在钢结构基础上构建墙体外层、装饰层、保温层等结构时，应尽量避免使用可燃性、易燃性材料，并严格保证相关施工活动的规范性[3]。例如，在选择外层彩钢板的金属板及内芯时应尽量选择防火、耐高温的材料，如耐火不锈钢板、合金钢板、阻燃岩棉等，不宜使用铝板、泡沫等材料。

表1 建筑钢结构的耐火极限h

2）应严格防控电气火灾。在开展钢结构建筑中电气系统、电气设备的构建、安装、管理等工作时，应保证设备、线路质量，确保从源头上降低火灾风险。应做好设备分布、线路排布、通电连接的规划与保障，以免因用电超载、通电接头虚接、现场线路混乱等问题而形成火灾风险。同时要加强电气系统的运维检修力度，如定期排查设备故障与线路状态、及时修补线路绝缘层等。

3）应做好钢结构建筑内部可燃物的保护与管理，并积极采取多种主动、被动防火措施。其中，主动防火措施包括在建筑内部设置不同防火分区、构建烟气控制系统、火灾报警系统等；被动防火措施包括铺设防火卷材、涂刷防火涂料、在相邻建筑间设置防火隔离带等。

4）应强化责任意识，建立钢结构建筑火灾防控的常态化监管机制。一方面，为了避免火种遗留的情况发生，同时也为了降低电气火灾的发生概率，要加强对不安全行为及不安全物的管理。例如，严禁在非生活区使用电热器具，严禁在明火附近或用火区域堆放可燃物，严禁人员室内吸烟等。另一方面，要落实相关人员的防火教育工作，通过讲解钢结构建筑火灾发生机理，分析钢结构火灾事故案例等方式，引导人员形成排查火灾隐患、预防火灾事故的主观意识与实践能力，进而从主体角度实现建筑钢结构火灾的有效规避。

5 结语

钢结构建筑火灾的原因、诱因较多，且火灾发生后的表现也相对复杂，如墙体烟熏痕迹、金属龙骨裸露、内部物品烧损等。为有效获取火灾信息、查明火灾起因，必须采取现场调查、监控调查、访问调查等多种手段，进行细节性的事故情况分析工作。分析得知，火种遗留、电气故障等问题均可能引发钢结构建筑火灾，且建筑耐火性差、电气系统不规范等因素会对火灾蔓延、火势加剧起到助推作用。因此，为防范钢结构建筑火灾，既要提升建筑质量、加强防火管理，也要运用好主动与被动相结合的防火技术，以减少火灾发生概率，降低火灾事故影响。