大跨度网架结构建筑火灾中坍塌原因及火灾扑救措施探究

满春超

摘要：由于建筑结构的特殊性和使用方面的需要，且钢结构具有自重轻、结构性能好、机械化程度高等多项优点，大跨度网架结构建筑成为现代常见的建筑形式。但因钢材本身耐火性能较差，在高温作用下诸如弹性模量、屈服强度之类的性能参数会明显降低，再加上建筑本身人员密度大、内部结构复杂，一旦发生火灾，极易造成群死群伤恶性事件。现主要针对大跨度网架结构建筑进行研究，结合典型火灾案例探寻大跨度网架结构建筑在火灾中发生坍塌的规律，并结合钢材在火灾中的潜在危险，提出火灾扑救措施。

关键词：网架结构；钢结构；火灾；坍塌规律；扑救措施

近年来，以热轧H型钢、彩色钢板和冷弯型钢为首的国产建筑用钢材在数量、品种、质量等方面相比之前有了长足的进步，为钢结构的发展创造了良好条件。相比于钢筋混凝土结构，钢结构体系具有強度高、自重轻、施工快等优点。目前，各类大跨度、大空间钢结构建筑因其具有空间利用率较大、抗震性能较好、施工建设周期较短、安装机械化程度较高、可重复再利用等优点得到社会的广泛应用，并且逐渐取代了笨重的钢筋混凝土结构建筑。但是，随着各地时有发生钢结构建筑重大火灾，暴露出此类建筑在安全方面存在着一些先天隐患。现阶段大跨度网架结构建筑的钢构件多为热轧H型或圆柱形的薄壁结构，截面系数大，火灾发生时吸收热量大，温度上升速度较快，很容易在很短的时间内失去稳定性和承载力，最终就会造成部分结构出现形变、塌陷，不但会导致经济损失，甚至会造成严重的人员伤亡。所以，需要进一步研究大跨度网架结构建筑存在的火灾隐患，并采取针对性措施，规避危险事故的发生。同时，在火灾发生后，如何科学有效的组织进攻，在保证救援质量的同时，最大限度减少救援人员伤亡，成为当前亟须研究解决的重要课题。

1 大跨度网架结构建筑概述

1.1  大跨度网架结构建筑定义

大跨度网架结构建筑是指由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连结而成，且横跨超过60m的空间结构建筑。网架结构多为钢结构或钢混结构，很多企业为降低搭建成本，会采用墙体为钢混、屋顶为钢结构的厂房搭建形式[1]。例如，上海某仓储建设经营项目部为所在辖区物流企业的代表性企业之一，该仓库在建造时为满足集装箱卡车装卸货，特将地坪提升1.3m后再浇筑1.2m高混凝土砌块墙，四周采用彩钢板墙面。该建筑单个仓库单向横跨为60m，长80m，高9.8m，内设货架，货架分为6层，形成单层面积大、跨度大、层间高，没有实体分隔的存储类建筑，是大跨度网架结构厂房现代设计的具体体现。

1.2  大跨度网架结构建筑结构分类

网架结构依据组成模式可以划分为三种不同的类型：一是由平面结构组合而成的框架结构；二是由四角椎体单元结构组合而成的框架结构；三是由三角锥结构组合而成的框架结构。

大跨度网架结构建筑主要组成部分有屋盖结构、横向平面排架、支撑、基础、维护结构等。无论是何种结构的大跨度建筑，建筑所承受的重量荷载基本上都是屋架或梁传递给排架柱，再由柱传递到基础及地基，因此，大跨度网架结构建筑的梁、柱、基础是重要的承重构件，这些部件在火灾中如若发生变形，会导致建筑局部甚至整个建筑重心偏移而发生坍塌。

1.3  大跨度网架结构建筑自身特性分析

1.3.1  地理位置特殊

以物流企业大跨度建筑为例，由于物流企业大跨度建筑的物流中转特殊性，车流、货物较多，厂房和仓库等大跨度建筑主要建在当地的郊区。上海某仓储建设经营项目部建于上海市某镇，地理位置几乎靠上海最西面，位置相对较为复杂，周围路面狭窄，其他社会车流量较大，并且郊区的市政消防设施较为欠缺，救援难度较大。

1.3.2  周围毗连建筑多

按照统一规划的原则，一般相同企业会集中在一个区域之内，大量的同类型企业建筑集中在一起，如上海某仓储建设经营项目部，周围就有大量的大跨度网架结构建筑。为了能够有效扩展整个建筑结构的占地面积，一些施工单位会选择采用违规的方法在主体建筑结构周边建造临时建筑结构，或者是在消防通道建造遮阳棚、雨棚或者是车棚。同时，为给后续使用提供便利，会在两个建筑结构之间建造连接走廊，使原本独立存在的建筑连接在一起，这样虽然能够为人们的出行带来便利，但是却会埋下诸多的隐患。

1.3.3  建筑各方向覆盖范围较广

一般大跨度网架结构建筑的覆盖范围较大，以上海某仓储建设经营项目部为例，该单位一期建筑单个仓库的东西长约80m、南北宽约60m，单体一层，占地面积约6000m2。

1.3.4  建筑结构统一性较差

现有的大规模建筑结构中，一些是临时建造的，一些是计划建造的，还有一部分是违规建造的，所以并不具备统一性。此外，有些建筑结构的施工工作存在诸多问题，质量较差。

1.3.5  内部物品杂乱

以物流企业为例，物流企业承接各类商品的运输，而内部货物仅仅是简单按照货物目的地分拣，货物摆放比较杂乱，而且种类繁多。

2 火灾导致大跨度网架结构建筑发生坍塌的规律分析

2.1  典型案例回顾

2015年3月，浦东某物流仓储中心发生大火，储物仓库在食用油助力下猛烈燃烧，使钢结构仓库变形坍塌[1]。

2016年12月，山东烟台某大跨度厂房发生火灾，起火车间燃烧物质为聚碳酸酯制成的手机壳，火灾造成厂房顶棚局部发生塌落，过火面积超过800m2[2]。

2019年4月，湖北武汉某仓储物流有限公司一仓库发生火灾，仓库内储存有近4000t压缩棉花，火灾造成仓库南北两侧墙体倒塌，过火面积超4000m2[2]。

2020年1月，浙江金华一大跨度厂房发生火灾，建筑内存储大量锂电池组、塑料粒等，塑胶原料与生产产品剧烈燃烧，导致钢混厂房一侧迅速倒塌[1]。

2.2  火灾中大跨度网架结构建筑的坍塌规律

火灾发生时，大跨度网架结构建筑主要承重部件的承重能力会随着温度的变化而发生变化，并呈现出一定的规律，通过对裸露钢梁耐火极限的试验验证，确认了136b标准工字钢梁的耐火极限为15min，这表明一旦火灾持续时间超过构件的耐火极限，钢结构厂房往往会发生变形甚至整体坍塌毁坏，这在火灾案例中也得到充分验证。

经过对近年来最具代表性的火灾案例进行综合分析可知，火灾中大规模建筑的坍塌情况相对较为复杂。经过对大量的火灾案例进行分析发现，大跨度网架结构建筑的坍塌往往都与建造的材料直接相关，钢筋混凝土结构要比钢结构建筑牢固得多。在网架结构中，大跨度、大空间建筑多以钢筋混凝土结构和钢结构为主，此外还有一些钢混与钢结构并存的复合结构。钢混结构一般为承重墙、梁板。复合结构建筑发生火灾时，一般是钢结构主体先坍塌，接着是钢混结构体。如广东某电子有限公司厂房，一层、二层使用钢筋混凝土结构，三层为钢结构，在火灾事故发生以后，三层钢结构主体发生坍塌，一层、二层钢混结构建筑保持性较强[1]。

3 大跨度网架结构建筑火灾危险性及扑救难点

3.1  大跨度网架结构建筑火灾危险性

3.1.1  火场升温快，钢构件强度减弱快，极易倒塌

在火场持续高温的作用下，钢结构建筑用于承重的钢梁、柱等构件易发生塑性变形直至失去承载能力。钢结构建筑的整体连接性强，局部构件发生塑性变形及失去承载力，将会对建筑整体的稳定性形成巨大影响，极易造成建筑物的整体坍塌[3]。

3.1.2  火势蔓延速度快，易形成立体火灾

大跨度网架结构建筑内部一般存放有大量易燃物品，火灾荷载大，同时，为了减少外部因素的影響，管理人员多会长期关闭门窗，在突发火灾时，由于内部含有大量的可燃易燃物资和生产品，导致火灾燃烧强度大且蔓延速度快[4]。

大跨度网架结构建筑的跨度长，空间大，空气流通条件好，一旦发生火灾，火势会越烧越旺，在较短时间内火灾就会发展到猛烈阶段；在热气流的作用下，很快形成立体燃烧并发展为大面积火灾。例如，山东烟台某大跨度厂房火灾，主要燃烧物质是聚碳酸酯制成的手机壳，接警后12min消防救援队伍到场时，过火面积已有400m2，仅30min后过火面积就已翻倍[2]。

3.1.3  火场情况瞬息变化，导致坍塌因素多

一是高温作用。大跨度网架结构建筑以钢结构为主，当火场温度达到350℃时，钢结构强度会明显下降，整体强度下降1/3，温度升至600℃，钢结构强度下降2/3[5]。二是冷热骤变。钢结构构件因为长时间受到高温的影响会出现膨胀的情况，在救灾过程中，如果直接利用冷水对钢结构进行喷射，那么就会导致钢结构的韧性在短时间内快速下降，在到达极限的时候就会导致钢结构出现变形甚至坍塌的情况。

3.2  大跨度网架结构建筑火灾扑救难点

3.2.1  燃烧猛烈，初期控火困难

大跨度网架结构建筑发生火灾，若无法在初期对火情进行有效控制，基于其内部会堆放成品及原材料等可燃易燃物资，火灾会在短期到达猛烈阶段。此外，由于大跨度网架结构建筑多处于距离城市较远的郊区，使得对应的火灾救援力量不能及时赶到现场进行针对性扑救，无法对初期火灾进行有效控制。

3.2.2  火情侦察较为困难

大跨度网架结构建筑主要采用钢结构材料，内部平面布局十分灵活，为了便于改造拆迁，钢结构多是用螺栓连接。但这也导致建筑内部结构格局十分复杂，加上分布的设备数量多，分布不规则，且纵深距离较长，一旦起火点位于建筑中央位置，内攻寻找火点需要深入火场内部距离较远，会带来火场内部迷路或撤离不及时的风险[6]。

3.2.3  疏散困难，行动受阻

以大跨度网架结构仓库建筑为例，基于建筑内物品堆放较为杂乱，且堆积有大量原料、产品等现状，使得大跨度网架结构仓库建筑疏散途径较少，过道较为狭窄，火灾发生的过程中大小型机械难进入，难以实施隔离堵截战术，物品疏散困难，会拖延扑救时间。同时，随着火势的猛烈燃烧，空间温度会急剧上升，造成钢结构变形、建筑构件失去平衡稳定性等，进而导致钢结构建筑随时坍塌的危险。

3.2.4  内攻危险性大，易造成人员伤亡

由于大跨度网架结构建筑内部布局较为复杂、纵深距离较长、救援环境十分恶劣，辐射高热较为严重，再加上钢材结构的形变导致的危险，都会对救灾工作的开展产生严重的限制，消防救援人员在进入救援现场之后无法正确判断方向，再加上高温烟气的扩散、聚积加剧了火灾的蔓延和建筑结构温度的升高，会给被困作业员工和消防救援人员的人身安全造成极大威胁[7]。

3.2.5  火灾实际情况无法加以全面了解

大跨度网架结构建筑在使用过程中，往往会被划分为多个不同性能的区域，所以牵涉到的物品的种类较多，化学和物理性质较为复杂，所以在救援前需要对内部情况进行全面了解，从而制定切实可行的救灾方案。但因火情侦察较为困难，内攻危险性大，难以对火灾实际情况进行更为全面的了解。

4 大跨度网架结构建筑火灾扑救对策

4.1  制定完善的救援方案

坚持“救人第一、科学施救”的指导思想，要结合实际情况和需求来制定完善的救灾方案。针对钢结构建筑内部的火灾，要对火灾进行全面控制，避免火灾形势恶化，尽可能规避人员伤亡。在钢结构建筑内发生火灾时，现场指挥员要仔细询问、了解有无被困人员。重点把握先出口后内部、先通道后房间、先火场后外围、先危险后一般的施救原则，科学有序展开施救[8]。在无建筑倒塌危险情况下，要根据现场火势发展方向部署力量，阻止火势蔓延，开辟救人通道，全力疏散搜救建筑内部被困人员，尽最大努力减少人员伤亡，对有可能引起钢结构变形、倒塌的火势要迅速控制消灭。

4.2  加强力量调派，明确“冷却先于灭火”的主导地位

大跨度网架结构建筑空间大、占地面积广，发生火灾以后，需要联合多方力量参与救灾战斗。因此，针对大跨度网架结构建筑内出现的火灾，最为重要的就是加大力度进行第一出动力量的调度[9]，一次性调集足够的车辆装备，及时联系电力、公安等联动单位，掌握火灾现场的主动权。由于钢结构承重柱在发生火灾时会在短时间内失去承载能力，从而导致建筑局部或整体发生扭曲倒塌，所以只有在最短的时间内提升建筑结构的稳定性和安全性，才能为救灾工作的开展打下良好的基础。而要想在最短的时间内提升建筑结构的稳定性和安全性，必须明确“冷却先于灭火”的主导地位，尽快冷却建筑构件。

4.3  实施现场警戒，做好火情侦察，及时准确掌握情况

消防救援人员应第一时间做好警戒，确保围观人员的疏散和现场秩序的维护，杜绝无关人员进入救援现场；通过火情侦察，获知着火时间、起火部位、有无被困人员情况、燃烧物质性质、火势蔓延途径，火灾燃烧范围等相关信息。充分利用热成像仪、激光测距仪、侦察无人机等先进器材装备对火灾覆盖范围内的实际情况加以了解，并对结构变形的情况进行综合分析，从而对建筑结构可能出现的坍塌情况加以预判。火灾的不断蔓延会对人员人身安全和财产安全造成严重的威胁，所以需要制定良好的救灾方案，选择最佳的疏散路径。

4.4  合理选择灭火阵地，确保攻防队员的个人安全与紧急避险

大跨度网架结构建筑结构的特点造成了火势凶猛、蔓延迅速的火灾局势，所以消防救援队伍的指挥员需要做好持久战的心理准备[10]。在水枪阵地的布置上，消防救援人员不能盲目进入内部灭火，需将火场内的温度控制在规定的安全标准范围之内，并通过专门的勘察确认，保证彻底安全之后，才能从门、窗结构安设高压水枪。内攻近战时内攻人员应少而精，严格按照规定着装，佩戴好个人防护装备，利用水枪梯次掩护并进；设立火场观察哨，严格执行出入登记制度，明确联络信号，时刻监控火场变化。

4.5  科学破拆，排烟排热，攻防结合

在大跨度网架结构建筑火灾扑救中切忌盲目破拆，要根据现场情况科学选择开口位置，避免因破拆不当造成火势蔓延或建筑失稳坍塌。破拆时应选择下风或侧下风方向，实施快速有效的排烟排热，适时放开1～2个口子，实现取舍适当，让火场烟气尽快排出，为后续实施内攻控火创造有利條件。

4.6  精准研判，选准突破口，建立进攻通道

在火灾初期阶段，要牢固树立“快、准、堵”的作战理念，综合现场实际情况确定内攻的最佳位置，并充分结合内部空间结构实际情况制定出最为高效的救灾路线，从而高效的对火灾加以控制。以内部各个通道以及建筑防火分区为基础，尽可能选择堆放物品少、火灾传播慢的位置为入手点。要综合分析建筑结构的形状，如果结构存在不对称或者是结构形状不规则，可以选择跨度最小的位置作为救灾的入口。

4.7  充分发挥大型救灾设备作用

通过对大量的救灾成功案例进行分析发现，大型救灾设备的作用是非常大的，它的覆盖范围更加广泛，能够为水枪救灾创造良好的基础，从而协助救灾人员高效完成救灾任务。因此，在救灾的过程中，要综合各方面实际情况对救灾机械设备进行合理安排。

5 结语

近年来，大跨度网架结构建筑火灾呈现多元化的特点，本文在概述大跨度网架结构建筑情况的基础上，结合典型案例，分析总结了大跨度网架结构建筑火灾危险性及扑救难点，梳理出了大跨度网架结构建筑火灾的扑救措施，以期为此类建筑火灾的扑救提供参考。

参考文献：

[1]杨柏桐.浅析网架大跨度建筑火灾坍塌规律及预防措施[J].四川建筑，2021，41（5）：241-242.

[2]杨超杰，洪赢政，段建威.大跨度大空间厂房火灾扑救案例分析[J].中国应急救援，2021（4）：66-69.

[3]李滨.大跨度钢结构厂房火灾危险性及防控措施[J].建材发展导向（下），2021，19（4）：50-51.

[4]肖婧.大跨度大空间厂房（仓库）火灾扑救案例分析及优化策略[J].今日消防，2022，7（7）：103-105.

[5]段清治.大跨度大空间厂房（仓库）火灾扑救案例分析及优化策略[J].中国高新科技，2020（20）：31-32.

[6]韩武磊.大跨度大空间仓储建筑灭火救援对策研究[J].今日消防，2022，7（11）：41-43.

[7]刘贺.大跨度大空间厂房的火灾扑救对策[J].消防界（电子版），2021，7（17）：98-99.

[8]孙佩刚.探讨大跨度钢结构建筑火灾的扑救方法[J].今日消防，2022，7（5）：39-41.

[9]唐林泉，谢中华.大跨度大空间建筑火灾扑救注意要点[J].消防界，2021，7（17）：94+96.

[10]刘畅.大跨度大空间结构建筑火灾的扑救战法[J].消防界（电子版），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