火灾发生、发展的整个过程是非常复杂的,影响因素也很多,但通过对燃烧理论的研究发现,热量传播伴随着火灾发生、发展的整个过程,是影响火灾发展的决定性因素,且热量传播的传导、对流和辐射这三种途径在火灾发展的各个阶段起的作用也各不相同。下面以建筑火灾为例介绍火灾的发展和蔓延。
(1).建筑室内火灾的发展
建筑火灾一般是最初发生在建筑内的某个房间或局部区域,然后由此蔓延到相邻房间或区域,以至整个楼层,最后蔓延到整个建筑物。在此仅介绍耐火建筑(来自:www.dichanshequ.com)中具有代表性的一个房间内的火灾发展过程。
根据室内火灾温度随时间的变化特点,可以将火灾发展过程分为三个阶段,即火灾初起阶段、火灾全面发展阶段、火灾熄灭阶段。
1).初起阶段
室内发生火灾后,最初只是起火部位及其周围可燃物着火燃烧,这时火灾好象在敞开的空间里进行一样。在火灾局部燃烧形成之后,可能会出现下列三种情况:
(a)最初着火的可燃物质燃烧完,而未蔓延至其他的可燃物质,尤其是初始着火的可燃物处在隔离的情况下。
(b)如果通风不足,则火灾可能自行熄灭,或受到通风条件的支配,以很慢的燃烧速度进行燃烧。
(c)如果存在足够的可燃物质,而且具有良好的通风条件,则火灾迅速发展到整个房间,使房间中的所有可燃物(家具、衣物、可燃装修等)卷入燃烧之中,从而使室内火灾进入到全面发展的猛烈燃烧阶段。
初起阶段的特点是:火灾燃烧范围不大,火灾仅限于初始起火点附近;室内温度差别大,在燃烧区域及其附近存在高温,室内平均温度低;火灾发展速度较慢,在发展过程中火势不稳定;火灾发展时间因受点火源、可燃物质性质和分布以及通风条件影响,其长短差别很大。
初起阶段火灾持续的时间,对建筑内人员的安全疏散、重要物资的抢救以及火灾扑救都具有重要意义。若室内火灾经过诱发成长,一旦达到轰燃,则该室内未逃离火场的人员生命将受到威胁。
初起阶段是灭火的最有利时机,也是人员安全疏散的最有利时段。因此,应设法尽早发现火灾,把火灾及时控制、消灭在起火点。许多建筑火灾案例说明,要达到此目的,在建筑物内除安装配备灭火设备外,设置及时发现火灾的报警装置是非常必要的。此外,应设法延长初起阶段的持续时间。
2)全面发展阶段
在火灾初起阶段后期,火灾范围迅速扩大,当火灾房间温度达到一定值时,聚积在房间内的可燃气体突然起火,整个房间都充满了火焰,房间内所有可燃物表面部分都卷入火灾之中,燃烧很猛烈,温度升高很快。房间内局部燃烧向全室性燃烧过渡的这种现象通常称为轰燃。轰燃是室内火灾最显着的特征之一,它标志着火灾全面发展阶段的开始。对于安全疏散而言,人们若在轰燃之前还没有从室内逃出,则很难幸存。
轰燃发生后,房间内所有可燃物都在猛烈燃烧,放热速度很快,因而房间内温度升高很快,并出现持续性高温,最高温度可达1100oC左右。火焰、高温烟气从房间的开口部位大量喷出,把火灾蔓延到建筑物的其他部分。室内高温还对建筑构件产生热作用,是建筑物构件的承载能力下降,甚至造成建筑物局部或整体倒塌破坏。
耐火建筑的房间通常在起火后,由于其他四周墙壁和顶棚、地面坚固而不会烧穿,因此发生火灾时房间通风开口的大小没有什么变化,当火灾发展到全面燃烧阶段,室内燃烧大多由通风控制着,室内火灾保持着稳定的燃烧状态。火灾全面发展阶段的持续时间取决
为了减少火灾损失,针对火灾全面发展阶段特点,在建筑防火设计中应采取的主要措施有:在建筑物内设置具有一定耐火性能的防火分隔物,把火灾控制在一定范围内,防止火灾大面积蔓延;选用耐火程度较高的建筑结构作为建筑物的承重体系,确保建筑物发生火灾时不倒塌破坏,为火灾中人员疏散、消防队扑救火灾、火灾后建筑物修复及继续使用创造条件;并应注意防止火灾向相邻建筑蔓延。
3)熄灭阶段
在火灾全面发展阶段后期,随着室内可燃物的挥发物质不断减少以及可燃物数量的减少,火灾燃烧速度递减,温度逐渐下降。当室内平均温度降到温度最高值的80%时,则一般认为火灾时入熄灭阶段。随后,房间温度明显下降,直到把房间内的全部可燃物烧尽,室内外温度趋于一致,宣告火灾结束。
该阶段前期,燃烧仍十分猛烈,火灾温度仍很高。针对该阶段的特点,应注意防止建筑构件因较长时间受高温作用
(2).建筑室内火灾蔓延的途径
建筑物内某一房间发生火灾,当发展到轰燃之后,火势猛烈,就会突破该房间的限制,向其它空间蔓延。向其他空间蔓延的途径主要有:未设适当的防火分隔,使火灾在未受到限(来自:www.dichanshequ.com)制的条件下蔓延扩大;防火隔墙和房间隔墙未砌至顶板底,导致火灾在吊顶空间内部蔓延。
1).火灾在水平方向的蔓延
(a)未设水平防火分区
对于主体耐火结构的建筑来说,造成水平蔓延的主要原因之一是建筑物内未设水平防火分区,没有防火墙及相应的防火门等形成控制火灾的区域空间。例如,美国内华达州拉斯韦加斯市的米高梅旅馆发生火灾,由于未采取严格的防火分隔措施,甚至对4600m2的大赌场也没有采取任何防火分隔措施和挡烟措施,大火燃毁了大赌场及许多公共用房,造成84人死亡、679人受伤的严重后果。
(b)洞口分隔处理不完善
对于耐火建筑来说,水灾水平蔓延的另一途径是洞口处的分隔处理不完善。如户门为可燃的木质门,火灾时被烧穿;普通防火卷帘无水幕保护,导致卷帘被熔化;管道穿孔处未用不可燃材料封堵等等。
在穿越防火分区的洞口上,一般都装设防火卷帘或防火门,而且多数采用自动关闭装置。然而,发生火灾时能够自动关闭的比较少。这是因为卷帘箱一般设在顶棚内部,在自动关闭之前,卷帘箱的开口、导轨以及卷帘下部等因受热发生变形,无法靠自重落下,而且,如在卷帘的下面堆放了物品,火灾时不仅卷帘放不下,还会导致火灾蔓延。此外,火灾往往是在无人的情况下发生,即使设计了手动关闭装置,也会因无人操作而不能发挥作用。对于防火门来说,在建筑物正常使用情况下门是开着的,一旦发生火灾不能及时关闭也会造成火灾蔓延。
此外,防火卷帘和防火门受热后变形很大,一般凸向加热一侧。普通防火卷帘在火焰的作用下,其背火面的温度很高,如果无水幕保护,其背火面将会产生强烈辐射,在背火面堆放的可燃物或卷帘与可燃构件、可燃装修材料接触时,就会导致火灾蔓延。
(c)火灾在吊顶内部空间蔓延
目前,有些框架结构的高层建筑竣工时是个大的通间,在出售或出租给用户后,由用户自行分隔、装修。有不少装设吊顶的高层建筑,其房间与房间、房间与走廊之间的分隔墙只做到吊顶底部,吊顶的上部仍为连通空间,一旦起火极易在吊顶内部蔓延,且难以及时发现,导致灾情扩大;就是没有设吊顶时,隔墙如不砌至结构底部,留有孔洞或连通空间,也会成为火灾蔓延和烟气扩散的途径。
(d)火灾通过可燃的隔墙、吊顶、地毯等蔓延
可燃构件和装饰物在火灾时直接成为火灾荷载,由于它们的燃烧而导致火灾扩大的例子很多。如巴西圣保罗市得拉斯大楼,隔墙采用木板和其他可燃板材,吊顶、地毯、办公家具和陈设等均为可燃材料,1972年2月4日该楼发生了火灾,可燃材料成为火灾蔓延的主要途径,造成死亡16人,受伤326人,经济损失达200万美元。
2).火灾在竖直方向的蔓延
在现代建筑物内,有大量的电梯、楼梯、设备、垃圾等竖井,这些竖井往往贯穿整个建筑,若未作周密完善的防火设计,一旦发生火灾,就可以蔓延到建筑物的任意一层。
此外,建筑中一些不引人注意的孔洞,有时也会造成整座大楼的恶性火灾,例如在现代建筑中,吊顶与楼板之间、幕墙与分隔构件之间的空隙,保温夹层、通风管道等都有可能因施工质量等留下孔洞,而且有的孔洞水平方向与竖直方向互相穿通,用户往往不知道这些孔洞隐患的存在,更不会采取什么防火措施,所以发生火灾时往往会因此导致生命财产的更大损失。
(a)火灾通过楼梯间蔓延
高层建筑的楼梯间,若在设计阶段未按防火、防烟要求设计,则在火灾时犹如烟囱一般,烟火很快由此向上蔓延。有些高层建筑虽设有封闭楼梯间,但起封闭作用的门未采用防火门,发生火灾后,不能有效地阻止烟火进入楼梯间,以致形成火灾蔓延通道,甚至造成重大人员伤亡。
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