膜結構是一種全新的建筑結構形式，它以優(yōu)良的織物為材料，利用柔性鋼索或剛性支撐結構通過彎曲內面力傳送，將膜面繃緊，從而形成具有一定剛度、張力，能夠覆蓋大跨度空間的結構體系，廣泛運用于大型展覽館和體育中心。
然而新的建筑形式對傳統(tǒng)的建筑防火設計理念提出了新的挑戰(zhàn)。其獨特的空間組合在防火分區(qū)的劃分、疏散距離的確定等方面都超出了現(xiàn)行規(guī)范的要求。所以我們提出了性能化的防火設計方法，從建筑物的整體安全性去考慮，合理靈活地選擇各項防火措施，確保膜建筑的防火安全性。
一、膜結構建筑物的特點和火災危險性
膜結構建筑物特點就是建筑體量龐大化，結構用材輕靈化、通透化。它的火災危險性主要表現(xiàn)在①火災蔓延快。膜建筑內部有較大和較高的吹拔空間，一旦發(fā)生火災，各種垂直通道將起拔火桶作用，當煙氣到達膜面以下時，頂部熱氣流水平運動，致使火災橫向擴大。②疏散困難。膜空間巨大，疏散距離長，加之火災時煙霧的干擾，增大了疏散難度。另外，大空間內人員多，疏散時容易發(fā)生滯留。③撲救難度大。我們缺乏撲救這類大空間建筑物火災的實戰(zhàn)經驗，往往會遇到例如：熱輻射強，煙霧濃，火勢蔓延速度快、途徑多等很多困難，給消防滅火的登高作業(yè)、內攻偵察、火場供水等都帶來不少困難。
二、膜結構建筑物的防火設計
2.1防火設計的原則
膜結構建筑物按照現(xiàn)行法規(guī)很難實現(xiàn)其特殊空間的安全性評價，以及為了提高建筑物整體安全性能，而試圖減輕有關防火措施等方面的問題。所以我們提出性能化防火設計，通過計算機模擬和危險評估，在制定膜建筑的防火方案時，綜合考慮地區(qū)、規(guī)模、用途、空間構成、建筑材料等方面，預測火災時的火勢蔓延、煙氣流動、疏散、結構的狀態(tài)等性狀并確定評價方法，以得出適應火災各階段的防火對策。
2.2建筑防火設計
2.2.1總平面布置
膜建筑通常作為一個城市的標志性建筑，性質重要，占地面積很大，建筑總長度都在220 m以上，根據(jù)膜建筑的特點和功能要求很難實現(xiàn)規(guī)范要求——設置穿過建筑物的消防車道，所以在設環(huán)行消防車道的同時，靠近膜建筑建立一個高標準的消防站是十分必要的。美國的丹佛國際機場在滿足國際民航消防救護“兩分鐘到達跑道終端”要求的同時，將三個消防站分布在膜結構航站樓附近。
2.2.2防火分區(qū)劃分
國內現(xiàn)行的《建規(guī)》和《高規(guī)》分別規(guī)定，當其設有火災自動報警系統(tǒng)和自動滅火系統(tǒng)，且采用不燃材料或難燃材料裝修時，地上部分防火分區(qū)的允許建筑面積分別為5000m2和3000m2。膜建筑由于其大空間使用功能的需要，在以展廳或獨立的使用空間劃分防火分區(qū)時，其面積將超出我國現(xiàn)行規(guī)范的指標。目前世界上的丹佛國際機場(51000 m2)、日本東京TOKYO DOME(46755 m2)均將整個主體膜空間做成一個防火分區(qū)，國外消防技術規(guī)范對這類使用功能的膜建筑不按固定面積劃分防火分區(qū)固然有其科學依據(jù)，但發(fā)達國家的防火滅火技術相對先進，我們不能簡單的效仿或等效采用，而只能在執(zhí)行我國防技術規(guī)范的前提下，有選擇性的進行借鑒。所以我們通過性能化的設計采取以下幾個補救措施。①主體空間可不再作防火分隔，但面積必須嚴格控制，不能一味的追求“大”。特別是展覽中心，宜控制在8000～10000平方米以內。有關資料也表明，一個8000～10000平方米的展館，足以獨立作為任何性質的國際標準展廳使用；②膜空間和與之相連的部分之間必須設置有效的防火分隔設施，防止火勢向膜空間以外的其它空間蔓延；⑧防煙分區(qū)的劃分、排煙設施、疏散誘導系統(tǒng)及疏散出口個數(shù)、寬度的設計，應在執(zhí)行現(xiàn)行規(guī)范的基礎上，積極借鑒國外同類建筑消防設計的先進做法，優(yōu)化設計，以彌補面積超標造成的不足。
2.2.3防煙分區(qū)劃分及防排煙設計
在防火分區(qū)面積已經超標的情況下，筆者認為在膜空間內防煙分區(qū)的劃分及防排煙優(yōu)化設計比防火分區(qū)更加重要。
1．防煙分區(qū)的劃分
膜建筑在主體大空間內無構造柱與梁，是一個連續(xù)完整的空間。所以通常普通建筑中以防火分區(qū)劃分防煙分區(qū)在膜空間內很難適用。所以我們可以針對它特殊的結構體系，按照NFPA9214的煙控系統(tǒng)標準對大空間區(qū)域進行防煙設計，利用空間上方結構體系，掛上以耐火纖維為基材的輕質幕布，平時卷起，在火災報警后自動放下，懸停于一定高度進行防煙分區(qū)，劃分的面積在1000平方米左右，代替了傳統(tǒng)的擋煙垂壁，效果明顯。
2．膜空間的排煙
膜空間的排煙主要依靠機械排煙。在高大的空間內熱煙氣流運動復雜，實踐證明在大空間建筑物內若風機安裝方式或風量配置不當，反而會造成煙氣彌散，擴大煙氣的危害范圍。
這里我們提出“煙羽流”的概念。在火災中，隨著燃燒的進行，高溫燃燒產物在浮力驅動下流向頂棚，在火源上方形成了“煙羽流”。沿著羽流軸線，周圍的冷空氣受到橫向卷吸，冷空氣與羽流中的熱煙氣發(fā)生摻混，因而隨著高度上升體積增大，羽流質量不斷增加，同時羽流的平均溫度和燃燒產物的平均濃度不斷下降。羽流到達頂棚時將會橫向散開，形成上部熱煙氣層，由于受空氣自然流動和機械排風作用，羽流煙氣不斷向上充填，煙氣層的厚度不斷增加，在上部煙氣層和下部潔凈空氣層中間出現(xiàn)比較明顯的分界面，并且它隨著時間的推移慢慢下降。
這類超大空間建筑物的排煙設計可考慮分為三個步驟；第一步是控煙，即通過一定的送風強度將火災煙氣吹向一個固定的空間內，使煙氣不會無規(guī)則擴散；美國丹佛國際機場膜結構航站樓內上下均設有大功率送排風機，平時送進10％的新鮮空氣，火災時則送進100％的新鮮空氣，送風強度很大，經測試，擴散的煙氣不會超過20％。第二步是蓄煙，即利用建筑物自身的大空間條件設計“儲煙倉”將煙氣蓄積，形成距地面有一定高度的無煙層(儲煙倉容積的確定要經過計算，太小則上升的煙羽流將迅速充滿空間，太大就會使周圍的冷空氣大量地混入熱氣羽流，煙霧顆粒和有毒氣體的溫度和濃度則被降低而失去浮力。)，第三是排煙。國外研究機構通過計算機模擬證明：如果一個煙控系統(tǒng)設計適當，可以防止煙在30～45 min內聚集在距地面3～4m處。這段時間對于人員疏散是極其寶貴的，同時也給滅火創(chuàng)造了有利條件。
然而新的建筑形式對傳統(tǒng)的建筑防火設計理念提出了新的挑戰(zhàn)。其獨特的空間組合在防火分區(qū)的劃分、疏散距離的確定等方面都超出了現(xiàn)行規(guī)范的要求。所以我們提出了性能化的防火設計方法，從建筑物的整體安全性去考慮，合理靈活地選擇各項防火措施，確保膜建筑的防火安全性。
一、膜結構建筑物的特點和火災危險性
膜結構建筑物特點就是建筑體量龐大化，結構用材輕靈化、通透化。它的火災危險性主要表現(xiàn)在①火災蔓延快。膜建筑內部有較大和較高的吹拔空間，一旦發(fā)生火災，各種垂直通道將起拔火桶作用，當煙氣到達膜面以下時，頂部熱氣流水平運動，致使火災橫向擴大。②疏散困難。膜空間巨大，疏散距離長，加之火災時煙霧的干擾，增大了疏散難度。另外，大空間內人員多，疏散時容易發(fā)生滯留。③撲救難度大。我們缺乏撲救這類大空間建筑物火災的實戰(zhàn)經驗，往往會遇到例如：熱輻射強，煙霧濃，火勢蔓延速度快、途徑多等很多困難，給消防滅火的登高作業(yè)、內攻偵察、火場供水等都帶來不少困難。
二、膜結構建筑物的防火設計
2.1防火設計的原則
膜結構建筑物按照現(xiàn)行法規(guī)很難實現(xiàn)其特殊空間的安全性評價，以及為了提高建筑物整體安全性能，而試圖減輕有關防火措施等方面的問題。所以我們提出性能化防火設計，通過計算機模擬和危險評估，在制定膜建筑的防火方案時，綜合考慮地區(qū)、規(guī)模、用途、空間構成、建筑材料等方面，預測火災時的火勢蔓延、煙氣流動、疏散、結構的狀態(tài)等性狀并確定評價方法，以得出適應火災各階段的防火對策。
2.2建筑防火設計
2.2.1總平面布置
膜建筑通常作為一個城市的標志性建筑，性質重要，占地面積很大，建筑總長度都在220 m以上，根據(jù)膜建筑的特點和功能要求很難實現(xiàn)規(guī)范要求——設置穿過建筑物的消防車道，所以在設環(huán)行消防車道的同時，靠近膜建筑建立一個高標準的消防站是十分必要的。美國的丹佛國際機場在滿足國際民航消防救護“兩分鐘到達跑道終端”要求的同時，將三個消防站分布在膜結構航站樓附近。
2.2.2防火分區(qū)劃分
國內現(xiàn)行的《建規(guī)》和《高規(guī)》分別規(guī)定，當其設有火災自動報警系統(tǒng)和自動滅火系統(tǒng)，且采用不燃材料或難燃材料裝修時，地上部分防火分區(qū)的允許建筑面積分別為5000m2和3000m2。膜建筑由于其大空間使用功能的需要，在以展廳或獨立的使用空間劃分防火分區(qū)時，其面積將超出我國現(xiàn)行規(guī)范的指標。目前世界上的丹佛國際機場(51000 m2)、日本東京TOKYO DOME(46755 m2)均將整個主體膜空間做成一個防火分區(qū)，國外消防技術規(guī)范對這類使用功能的膜建筑不按固定面積劃分防火分區(qū)固然有其科學依據(jù)，但發(fā)達國家的防火滅火技術相對先進，我們不能簡單的效仿或等效采用，而只能在執(zhí)行我國防技術規(guī)范的前提下，有選擇性的進行借鑒。所以我們通過性能化的設計采取以下幾個補救措施。①主體空間可不再作防火分隔，但面積必須嚴格控制，不能一味的追求“大”。特別是展覽中心，宜控制在8000～10000平方米以內。有關資料也表明，一個8000～10000平方米的展館，足以獨立作為任何性質的國際標準展廳使用；②膜空間和與之相連的部分之間必須設置有效的防火分隔設施，防止火勢向膜空間以外的其它空間蔓延；⑧防煙分區(qū)的劃分、排煙設施、疏散誘導系統(tǒng)及疏散出口個數(shù)、寬度的設計，應在執(zhí)行現(xiàn)行規(guī)范的基礎上，積極借鑒國外同類建筑消防設計的先進做法，優(yōu)化設計，以彌補面積超標造成的不足。
2.2.3防煙分區(qū)劃分及防排煙設計
在防火分區(qū)面積已經超標的情況下，筆者認為在膜空間內防煙分區(qū)的劃分及防排煙優(yōu)化設計比防火分區(qū)更加重要。
1．防煙分區(qū)的劃分
膜建筑在主體大空間內無構造柱與梁，是一個連續(xù)完整的空間。所以通常普通建筑中以防火分區(qū)劃分防煙分區(qū)在膜空間內很難適用。所以我們可以針對它特殊的結構體系，按照NFPA9214的煙控系統(tǒng)標準對大空間區(qū)域進行防煙設計，利用空間上方結構體系，掛上以耐火纖維為基材的輕質幕布，平時卷起，在火災報警后自動放下，懸停于一定高度進行防煙分區(qū)，劃分的面積在1000平方米左右，代替了傳統(tǒng)的擋煙垂壁，效果明顯。
2．膜空間的排煙
膜空間的排煙主要依靠機械排煙。在高大的空間內熱煙氣流運動復雜，實踐證明在大空間建筑物內若風機安裝方式或風量配置不當，反而會造成煙氣彌散，擴大煙氣的危害范圍。
這里我們提出“煙羽流”的概念。在火災中，隨著燃燒的進行，高溫燃燒產物在浮力驅動下流向頂棚，在火源上方形成了“煙羽流”。沿著羽流軸線，周圍的冷空氣受到橫向卷吸，冷空氣與羽流中的熱煙氣發(fā)生摻混，因而隨著高度上升體積增大，羽流質量不斷增加，同時羽流的平均溫度和燃燒產物的平均濃度不斷下降。羽流到達頂棚時將會橫向散開，形成上部熱煙氣層，由于受空氣自然流動和機械排風作用，羽流煙氣不斷向上充填，煙氣層的厚度不斷增加，在上部煙氣層和下部潔凈空氣層中間出現(xiàn)比較明顯的分界面，并且它隨著時間的推移慢慢下降。
這類超大空間建筑物的排煙設計可考慮分為三個步驟；第一步是控煙，即通過一定的送風強度將火災煙氣吹向一個固定的空間內，使煙氣不會無規(guī)則擴散；美國丹佛國際機場膜結構航站樓內上下均設有大功率送排風機，平時送進10％的新鮮空氣，火災時則送進100％的新鮮空氣，送風強度很大，經測試，擴散的煙氣不會超過20％。第二步是蓄煙，即利用建筑物自身的大空間條件設計“儲煙倉”將煙氣蓄積，形成距地面有一定高度的無煙層(儲煙倉容積的確定要經過計算，太小則上升的煙羽流將迅速充滿空間，太大就會使周圍的冷空氣大量地混入熱氣羽流，煙霧顆粒和有毒氣體的溫度和濃度則被降低而失去浮力。)，第三是排煙。國外研究機構通過計算機模擬證明：如果一個煙控系統(tǒng)設計適當，可以防止煙在30～45 min內聚集在距地面3～4m處。這段時間對于人員疏散是極其寶貴的，同時也給滅火創(chuàng)造了有利條件。