超高層建筑防火構(gòu)造設(shè)計探析

金 貝 桐城市科技創(chuàng)新服務(wù)中心

1 前言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市建設(shè)速度越來越快，規(guī)模越來越大，高層建筑乃至超高層建筑因為能夠最大限度地利用城市的土地資源，因而在現(xiàn)代化城市中發(fā)揮著非常重要的作用。必須要在建筑設(shè)計過程中高度重視消防安全，通過科學(xué)的防火構(gòu)造設(shè)計來最大限度地降低火災(zāi)隱患，減少火災(zāi)損失。本文將重點探討超高層建筑防火構(gòu)造設(shè)計，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)從業(yè)者有所幫助。

2 超高層建筑火災(zāi)的危害性

超高層建筑一旦發(fā)生火災(zāi)，由于其樓層高，人員多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，疏散路線長，所以其危害性要遠遠大于普通建筑。超高層建筑的火災(zāi)危害性，在以下四個方面體現(xiàn)得尤其明顯。

2.1 火勢蔓延快

高層建筑一旦發(fā)生火災(zāi)，其排氣道、管道井、樓梯間諸如此類的豎向井道設(shè)施，如果沒有做好防火分隔，就會成為火災(zāi)蔓延的通道，使得火勢會在很短時間內(nèi)迅速蔓延擴大。研究數(shù)據(jù)表明，在火災(zāi)剛剛出現(xiàn)的時候，煙氣擴散速度在水平向通常只有0.3m/s；然而一旦火勢逐漸壯大，高溫狀態(tài)下引發(fā)熱對流時，水平方向煙氣擴散速度會增加到0.5m/s～0.8m/s。然而如果煙氣沿豎向井蔓延，其垂直擴散速度高到3m/s～4m/s。這樣的蔓延速度意味著，一棟100m的超高層建筑，火勢在沒有有效阻擋的情況下，半分鐘就可以從地面蔓延至頂層。而且超高層建筑的高度越高，風(fēng)速越快，也會加速火勢蔓延。通常情況下建筑物10m位置的風(fēng)速如果為5m/s，則其在30m、60m、90m的風(fēng)速分別為8.7m/s、12.3m/s、15m/s，并且隨著高度繼續(xù)增加，這一數(shù)據(jù)還會繼續(xù)增加，使得火勢的控制和撲救難度進一步增加。

2.2 人員疏散難度高

超高層建筑的巨大危害性還在于人員疏散非常困難，所以往往導(dǎo)致很大的人員傷亡。一方面，建筑本身高度高，層數(shù)多，人員疏散的線路長，時間長；另一方面，高層建筑中的人員總量大，疏散通道相對有限，導(dǎo)致疏散困難。再加上一旦發(fā)生火災(zāi)，極快的火勢會迅速蔓延，濃烈的煙霧不僅會影響疏散，會直接危及人員生命。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，煙熏在火災(zāi)中導(dǎo)致死亡的各種原因中占比最高。

2.3 消防滅火難度大

火災(zāi)發(fā)生以后，超高層建筑滅火的困難和障礙非常多。高層建筑結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，層數(shù)高、功能多、人員密集、垂直方向上人員疏散距離遠，加之火災(zāi)事故發(fā)生時容易造成恐慌，火災(zāi)所產(chǎn)生的煙氣也會對人員視覺和呼吸系統(tǒng)造成影響，導(dǎo)致人員疏散中很容易出現(xiàn)踩踏事故，提高事故傷亡概率?；饎葸^快的蔓延，同時伴有強烈的熱輻射和濃烈的煙霧，使得消防隊員往往無法有效堵截。建筑高度過高，而通常的消防滅火設(shè)施高度有限，所以室外滅火難以有效開展，室內(nèi)消防給水設(shè)施則是主要撲救設(shè)施，但是一旦火勢大范圍蔓延，很容易出現(xiàn)室內(nèi)消防用水不足的問題。再加上建筑高度過高，容積率較大，人員疏散時間過長。加拿大一項關(guān)于人員疏散的科學(xué)實驗中，設(shè)定高層建筑中每一樓層固定容納200人，沿著1.1m寬的樓梯進行人員疏散，結(jié)果顯示：11層高的建筑中，全部人員疏散需要的6.5min，50層高的建筑中，全部人員疏散則需要近130min?？梢姼邔咏ㄖS著層高的逐漸增加，人員疏散時長增加，而且受火勢迅速蔓延和煙霧的影響，人員疏散難度勢必大大提升。

2.4 火災(zāi)隱患多

當前城市中的高層建筑普遍都有多元化功能，很多都是融合商業(yè)、辦公、住宅、觀光等多種功能，內(nèi)部具有相對較多的可燃易燃物，再加上高層建筑復(fù)雜的電氣系統(tǒng)，如果管理不善，則很容易會引發(fā)火災(zāi)事故。所以，高層建筑火災(zāi)防控一直以來都是社會關(guān)注的重點。

2.5 鋼結(jié)構(gòu)耐火性不夠

傳統(tǒng)的建筑施工建設(shè)中普遍使用混凝土材料，但是對于高層建筑而言，混凝土材料不足以支撐高強度的負載，所以，通常使用鋼結(jié)構(gòu)開展高層建筑施工。雖然鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)輕，可以承載較高的負載，但是，在防火性能方面表現(xiàn)出劣勢。通常情況下，普通的建筑鋼材在600℃的條件下，會出現(xiàn)變形扭曲的問題，自身承載力大大降低，所以，鋼結(jié)構(gòu)建筑在火災(zāi)中極易出現(xiàn)坍塌問題，進而造成更加嚴重的事故。為了提升鋼結(jié)構(gòu)的耐火性，一般在開展前期建設(shè)和安裝時，會在結(jié)構(gòu)外表面涂抹一層防火涂料，但是這些涂料具有一定的耐火時限，通常在2h～3h，所以還是很難從根本上解決火災(zāi)隱患

3 超高層建筑防火設(shè)計的措施

對于超高層建筑來說，要想做好防火安全，首先必須要在設(shè)計過程中綜合考慮建筑的實際功能，嚴格依據(jù)國家對于消防安全的相關(guān)規(guī)定，展開全面的防火疏散設(shè)計。超高層建筑的防火設(shè)計，要高度重視以下內(nèi)容。（1）要確保高層建筑的總體安全性和暢通運行，要確保與相鄰建筑之間的具備足夠的防火間距，通過科學(xué)的規(guī)劃廣場、空地、綠化等設(shè)施，從而保證消防通道的暢通性，確保火災(zāi)發(fā)生時，消防車能夠方便開展消防工作。（2）要針對超高層建筑的實際情況，科學(xué)劃分防火分區(qū)。防火分區(qū)的劃分，一方面要基于防火墻做好水平分區(qū)，另一方面要基于耐火樓板來做好垂直分區(qū)；這樣才能夠保證在火災(zāi)發(fā)生時，有效阻止火勢的大范圍蔓延。此外要必須特別重視管道、線路設(shè)計中，對火勢蔓延的有效防范和阻止。（3）要基于建筑的實際情況，確保建筑梁、柱、防火門等基本構(gòu)建的耐火極限符合相關(guān)標準和要求，這也在很大程度上決定火災(zāi)發(fā)生后結(jié)構(gòu)的支撐能力，以及防火分區(qū)的隔火能力合理設(shè)計疏散出口和樓梯，并保證建筑內(nèi)的最遠疏散距離符合消防相關(guān)規(guī)定；另外要保證疏散通道具備良好的防火封閉、排煙措施，為人員疏散盡量提供好的條件。（4）建筑內(nèi)部的裝修，以及家具、隔斷的材料，盡量不要選擇可燃甚至易燃材料，這樣既能夠有效降低火災(zāi)隱患也能夠在火災(zāi)發(fā)生時起到一定的阻燃效果。（5）要保證建筑的消防給水系統(tǒng)的科學(xué)性和有效性，一方面要保證消防用水量和水壓符合消防要求，另一方面要保證建筑內(nèi)部最不利點的水壓以及消防距離。（6）建筑內(nèi)部要建立完善的、可靠的火災(zāi)報警系統(tǒng)、智能化滅火系統(tǒng)；并且要推動各種系統(tǒng)之間的有力聯(lián)動，從而實現(xiàn)火災(zāi)的報警、滅火、排煙、疏散等系統(tǒng)一體化運行，以最大程度提高火災(zāi)反應(yīng)時間，提升火災(zāi)的初期控制能力，加快人員的安全疏散。總的來說，超高層建筑務(wù)必要在設(shè)計階段就嚴格執(zhí)行國家消防安全相關(guān)法律法規(guī)，嚴格依據(jù)相關(guān)的規(guī)定和標準執(zhí)行，同時要綜合考慮建筑的主體結(jié)構(gòu)、暖通、電氣、給排水等多系統(tǒng)，從而保障整個防火疏散系統(tǒng)的科學(xué)性和有效性。

4 超高層建筑防火構(gòu)造設(shè)計要點

4.1 超高層建筑的特殊防火設(shè)計要求

按照我國當前的《高層建筑防火設(shè)計規(guī)范》中的相關(guān)條款，超高層建筑的防火構(gòu)造設(shè)計，必須嚴格遵守普通高層建筑的相關(guān)要求，在此基礎(chǔ)上，還有以下針對超高層建筑（建筑高度超過100m）的專門性要求。（1）超高層建筑的電纜井、管道井，必須以耐火極限不低于樓板的不燃材料實施每層之間的分割。（2）超高層建筑務(wù)必要具備符合相關(guān)標準的避難層或避難間。（3）對于標準層建筑面積在1000m2以上的超高層公共建筑，應(yīng)當在屋頂設(shè)置滿足相關(guān)要求的直升機停機坪，或者能夠滿足直升機救援的相關(guān)設(shè)施。（4）超高層建筑要求內(nèi)部的消防最不利點，必須要具備0.15MPa以上的消防栓靜水壓，以保證發(fā)生火災(zāi)時能夠消防栓能夠有效實施滅火；如果高位消防水箱無法實現(xiàn)這一標準，必須要通過增壓措施來達成這一標準。（5）超高層建筑中處理一些有特殊說明的空間，都必須要具備自動噴淋系統(tǒng)。

4.2 樓梯設(shè)計

超高層建筑的樓梯，是發(fā)生火災(zāi)時的重要通道，所以要求建筑疏散樓梯至少要具備1h的耐火極限。這也決定了疏散樓梯必須要采用不燃燒體，鋼筋混凝土是最常用的能夠保障1h耐火極限的材料。另外，疏散樓梯要盡量避免使用螺旋、扇形樓梯，如果無法避免，則要確保滿足兩個要求：上下兩級平面角度不超過10°，距離扶手250mm處保證踏步深度在220mm以上。

4.3 防火門設(shè)計

防火門是整個消防安全系統(tǒng)中最重要的基本結(jié)構(gòu)之一，主要包括門框、門扇、控制設(shè)備等主要構(gòu)建，這些構(gòu)建的性能也在很大程度上決定了防火門的防火能力和隔煙能力。防火門依據(jù)其耐火能力，有甲乙丙三種級別，甲級最高，丙級最低；依據(jù)燃燒特性，有非燃燒和難燃燒體兩種類型，前者的材料為鋼板、石棉板、礦棉等不燃材料構(gòu)成的，而后者則是采用的不燃材料覆蓋內(nèi)部的可燃材料的形式。

4.4 防火墻設(shè)計

防火墻是為了阻止火災(zāi)發(fā)展和蔓延，同時減少熱輻射而設(shè)置的具有較高耐火性的墻體，由不燃材料構(gòu)成。對于超高層建筑，防火墻是劃分防火分區(qū)的關(guān)鍵構(gòu)件。按照相關(guān)要求，建筑防火墻至少要具備3h的耐火極限，對于一些有特殊要求的建筑，甚至需要4h。防火墻的材料主要以全現(xiàn)澆鋼筋混凝土、框架結(jié)構(gòu)砌體填充墻為主。對于防火墻的位置、性能、構(gòu)造以及耐火極限等，有以下基本要求。（1）一般情況下，防火墻必須要直接建設(shè)在建筑基礎(chǔ)，或者建筑承重結(jié)構(gòu)上。（2）防火墻橫截面中心線，與天窗端面的距離必須要控制在4m以內(nèi)。（3）防火墻通常不能設(shè)置在建筑的轉(zhuǎn)角位置，如果防火墻與轉(zhuǎn)角位置距離較近，必須要滿足內(nèi)轉(zhuǎn)角兩側(cè)門窗的邊緣距離必須要超過4m。（4）一般情況下防火墻上不得開設(shè)門窗，如果基于某種情況無法避免，則使用的門窗必須要是固定的，或者當火災(zāi)發(fā)生后能夠自動閉合，且要求門窗必須滿足甲級防火標準。（5）通常情況下防火墻上不得有管道貫穿，尤其是可燃氣體、甲乙丙類液體務(wù)必要禁止貫穿。如果有其他管道無法避免從防火墻穿過，需要對管道與墻的縫隙處采用防火材料進行完全的填充；如果管道為可燃物或難燃物，還需要對墻面兩側(cè)實施針對性的防火措施。

5 結(jié)束語

綜上所述，隨著城市中超高層建筑數(shù)量的不斷增加，其防火安全問題也引起了社會的高度重視。因為其自身的特點，超高層建筑一旦發(fā)生火災(zāi)，其危害將不堪設(shè)想。所以務(wù)必要針對超高層建筑的特點，展開科學(xué)的防火構(gòu)造設(shè)計，才能真正有效的保障居民生命財產(chǎn)安全。