隨著(zhù)我國經(jīng)濟建設的迅猛發(fā)展，企業(yè)生產(chǎn)倉儲用房日趨大型化，而鋼結構骨架建造的廠(chǎng)房，以強度高、自重輕、跨度大、吊裝施工方便和建設時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)正越來(lái)越被廣大廠(chǎng)家所采用。鋼結構廠(chǎng)房具有耐火性能低的弱點(diǎn)，在未進(jìn)行防火處理的情況下，其本身雖然不會(huì )起火燃燒，但火災時(shí)，強度會(huì )迅速下降，一般結構溫度達到350℃、500℃、600℃時(shí)，強度分別下降1/3、1/2、2/3.理論計算顯示，在全負荷情況下，鋼結構失去靜態(tài)平衡穩定性的臨界溫度為500℃左右，而一般火場(chǎng)溫度達到800～1000℃，在這樣的火場(chǎng)溫度下，裸露的鋼結構一般在15min左右，就會(huì )出現塑性變形，產(chǎn)生局部損壞，造成鋼結構整體倒塌失效。如：1992年5月無(wú)錫興業(yè)有限公司全鋼結構占地1000平方米廠(chǎng)房發(fā)生特大火災，將整個(gè)廠(chǎng)房燒得支離破碎；1992年6月上海聯(lián)合毛紡廠(chǎng)兩層全鋼結構廠(chǎng)房5400平方米，由于設備油箱形成爆燃氣體發(fā)生火災，整個(gè)廠(chǎng)房燒毀；1993年11月安徽佳通輪胎有限公司的單層全鋼結構廠(chǎng)房，建筑面積58752平方米，由于人為縱火，導致這個(gè)廠(chǎng)房鋼結構全部被破壞；2003年2月5日四川綿陽(yáng)三角生活用紙制造有限公司成品2號倉庫因放火發(fā)生火災，鋼屋架建筑全部燒毀。這類(lèi)建筑還存在空間大，火勢蔓延快，設備、人員密集，疏散困難等特點(diǎn)，一旦發(fā)生火災，常用的自動(dòng)消防設施很難發(fā)揮預期作用。人員疏散和滅火救援難度較大，有造成群死群傷的潛在危險。在現行消防法規尚無(wú)明文規定的背景下，如何采用合理的防排煙措施以避免和減少大空間建筑火災時(shí)的人員傷亡、保證人員安全疏散，就顯得尤為重要。

　　一、建筑火災煙氣的特點(diǎn)

　　火災的發(fā)生和發(fā)展具有隨機性和確定性的雙重特點(diǎn)。隨機性是指火災發(fā)生的起火原因及時(shí)間、地點(diǎn)等因素是不定的，受到各種因素的影響，遵循一定的統計規律；確定性是指在某一特定場(chǎng)合下發(fā)生的火災會(huì )按基本確定的規律發(fā)展蔓延，燃燒過(guò)程與煙氣流動(dòng)過(guò)程皆遵循燃燒學(xué)、流體力學(xué)等物理和化學(xué)規律�；馂牡拇_定性規律可采用工程科學(xué)的方法研究，一般室內火災的自然發(fā)展過(guò)程大體分成三個(gè)主要階段，即：初期增長(cháng)階段、充分發(fā)展階段及衰減階段。

　　在火災發(fā)展的初期增長(cháng)階段，隨著(zhù)放出熱量迅速增多，在可燃物上方形成溫度較高、不斷上升的火羽流。當羽流受到房間頂棚的阻擋后，便在頂棚下方向四面擴散開(kāi)來(lái)，形成了沿頂棚表面平行流動(dòng)的較薄的熱煙氣層，達到了一定厚度時(shí)又會(huì )慢慢向室內中部擴展，不久就會(huì )在頂棚下方形成逐漸增厚的熱煙氣層。當火災達到充分發(fā)展階段，熱煙氣層的溫度與中心溫度相差無(wú)幾。

　　如果室內有通向外部的開(kāi)口（如門(mén)和窗），則當煙氣層的厚度低于開(kāi)口的上沿高度時(shí)，煙氣便可由此流到室外。開(kāi)口便起著(zhù)向外排煙的作用。在建筑火災的發(fā)展過(guò)程中，煙氣的排放相當重要，煙氣排放速率的大小決定著(zhù)煙氣層高度的變化情況。當排放速率大于煙氣的產(chǎn)生速率時(shí)，煙氣層的高度會(huì )逐漸升高，最終保持在對人沒(méi)有威脅的高度。

　　二、鋼結構火災時(shí)的理化性能

　　建筑用鋼（Q235、Q345鋼等）在全負荷的情況下失去靜態(tài)平衡穩定性的臨界溫度為540℃左右。鋼材的機械性能隨溫度的不同而有變化，當溫度升高時(shí)，鋼材的屈服強度，抗拉強度和彈性模量的總趨勢是降低的，但在150℃以下時(shí)變化不大。當溫度在250℃左右時(shí)，鋼材的抗拉強度反而有較大提高，但這時(shí)的相應伸長(cháng)率較低、沖擊韌性變差，鋼材在此溫度范圍內破壞時(shí)常呈脆性破壞特征，稱(chēng)為“藍脆”。如在“藍脆”溫度范圍內進(jìn)行鋼材的機械加工，則易產(chǎn)生裂紋，故應力求避免。當溫度超過(guò)300℃時(shí)，鋼材的抗拉強度、屈服強度和彈性模量開(kāi)始顯著(zhù)下降，而伸長(cháng)率開(kāi)始顯著(zhù)增大，鋼材產(chǎn)生徐變；當溫度超過(guò)400℃時(shí)，強度和彈性模量都急劇降低；到500℃左右，其強度下降到40％～50％，鋼材的力學(xué)性能，諸如屈服點(diǎn)、抗壓強度、彈性模量以及荷載能力等都迅速下降，低于建筑結構所要求的屈服強度。我國20世紀90年代初對裸露鋼梁的耐火極限進(jìn)行了驗證，確認了I36b、I40b標準工字鋼梁的耐火極限分別為15min、16min（鋼梁內部達到臨界溫度：平均溫度538℃，最高溫度649℃）。因此，若用沒(méi)有防火保護的普通建筑用鋼作為建筑物承載的主體，一旦發(fā)生火災，則建筑物會(huì )迅速坍塌，對人民的生命和財產(chǎn)安全造成嚴重的損失。

　　三、現行各類(lèi)排煙方式比較

　　在建筑防排煙工程中，常用的三種方式是：自然排煙、機械加壓送風(fēng)防煙和機械排煙。自然排煙和機械排煙是控制煙氣下降的常用方法，與機械排煙相比自然排煙有其自身的優(yōu)點(diǎn)。一是無(wú)大的動(dòng)力設備，運行維修費用也少，且平時(shí)可兼作換氣用；二是在頂棚開(kāi)設排煙口，自然排煙效果好。對于自然排煙的應用，在國外也有許多采用自然排煙的例子，在德國，大空間的公共建筑多使用自然排煙尤其是單層的展覽建筑。我國現階段對建筑防排煙方式選擇的傾向性意見(jiàn)是：凡是能利用外窗等實(shí)現自然排煙的部位應盡可能地采用自然排煙方式。特別是大空間建筑宜首先考慮設置自然排煙，理由如下：

　　1）大空間建筑中的高大空間具有較強的蓄煙功能；

　　2）大空間建筑通常頂棚或側墻設置大面積采光或通風(fēng)帶，可與自然排煙結合使用；

　　3）機械排煙量非常大，給設計和施工帶來(lái)很大難度；

　　4）由于內部空間的高大、寬敞，機械排煙可能引起煙氣與空氣的摻混，過(guò)于集中的機械通風(fēng)排煙把大量剛剛補入的新鮮空氣直接排放出去，形成所謂的“流通短路。

　　四、自然排煙的設計要求

　　目前，防排煙設計方法基本有三種：

　�。�1）體積換氣次數法；

　�。�2）基于數理模型計算公式設計方法；

　�。�3）借助計算機模擬軟件分析評估設計方法即性能化設計方法。

　　但無(wú)論采用哪種方法，都要滿(mǎn)足以下要求：一是煙氣層高度�；馂闹械臒煔鈱影橛幸欢�熱量、膠質(zhì)、毒性分解物等，是影響人員疏散行動(dòng)與救援行動(dòng)的主要障礙。在設計時(shí)限內，煙氣層最好能保持在人群頭部上方一定高度處，使得人在疏散時(shí)不必從煙氣中穿過(guò)，也不會(huì )受到熱煙氣流的輻射熱威脅。普遍認為煙氣層在人員疏散過(guò)程中保持在距地面2m以上的位置時(shí)，人員疏散是安全的。二是熱輻射。根據人體對輻射熱耐受能力的研究，人體對煙氣層等火災環(huán)境的輻射熱的耐受極限是2.5kW/㎡，上部溫度約為185度，處于這個(gè)程度的輻射熱幾秒鐘之內就會(huì )引起皮膚強烈疼痛。三是結構安全。建筑用鋼在全負荷的情況下失去靜態(tài)平衡穩定性的臨界溫度為540℃左右。鋼材的機械性能隨溫度的不同而有變化，當溫度升高時(shí)，鋼材的屈服強度、抗拉強度和彈性模量的總趨勢是降低的，但在150℃以下時(shí)變化不大。

　　五、結論

　　1、鋼結構廠(chǎng)房、庫房以及民用建筑耐火性能差，火災時(shí)容易倒塌，造成大量人員傷亡和財產(chǎn)損失，設置排煙系統能有效排出建筑內的高溫煙氣，有利于人員疏散、火災撲救和建筑結構安全。

　　2、大型鋼結構廠(chǎng)房、庫房以及民用建筑多為單層，在頂部結合采光、通風(fēng)設置自然排煙窗施工簡(jiǎn)單可行。

　　3、目前國內生產(chǎn)的易熔自然排煙窗形式多樣，完全可以滿(mǎn)足鋼結構建筑施工要求。

　　4、自然排煙投入不大，不需專(zhuān)業(yè)維護保養，排煙效果良好，值得普及推廣。