登高場地上滑動雨棚的建筑消防設(shè)計

陳菲宇

（廣州市設(shè)計院集團有限公司，廣東 廣州 510620）

0 引言

雨棚作為建筑構(gòu)件的一部分，起著遮風擋雨的作用，位于建筑主要出入口的雨棚，更兼具尺度、美觀、造型的需求，大尺寸雨棚越來越多。通常由于場地有限，登高場地臨建筑外墻的周邊道路。隨著近年來我國對火災(zāi)時消防救援的重視，建筑防火規(guī)范日漸嚴格，特別對消防登高面的規(guī)定。2014 版《建筑設(shè)計防火規(guī)范》[1]前根據(jù)廣州市消防局要求，高層建筑需要設(shè)置20m×10m 的消防登高場地。而大尺度雨棚經(jīng)常打斷了登高場地，阻擋了消防救援，必須解決，同時達到節(jié)約用地的目的。

目前市場上已有的可活動式的雨棚，多用于地鐵站臺，張龍[2]僅通過機械、電動的手段在滑軌上打開或收縮雨棚，如圖1 所示。

圖1 地鐵活動式雨棚

或用于展示活動空間，可滑動開啟的帶有骨架的屋蓋，如圖2 所示。由于尺度大，結(jié)構(gòu)受力原因，打開后仍保留有主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件，多用于排煙通風要求高的大空間。由于登高場地上不能有任何阻擋物，包括滑軌，因此需要設(shè)計一種大跨度的，無軌的雨棚。

圖2 大型骨架支撐的滑動雨棚

由于尚未有超過離開建筑主體10m 以上能完全打開的可伸縮雨棚且無骨架阻擋的雨棚設(shè)計，需創(chuàng)新研究出一種可滿足消防的滑動伸縮雨棚。這是一種更為大型、形式更為新穎、開啟更為靈活的雨棚。

1 項目概況

該項目為某綜合四星級度假酒店，位于用地西側(cè)南角，同時與東側(cè)場館建筑貼鄰。場地西側(cè)依山而建。規(guī)劃概念是充分利用地形和旅游資源，創(chuàng)造一個高質(zhì)量的旅游度假酒店。酒店以海洋、科技、綠色為設(shè)計理念，建筑面積 165 746.75 m2，其中地下室共 1 層，功能為汽車庫、辦公用房、設(shè)備用房等，耐火等級一級；地上 26 層及其裙房，建筑高度 99.6 m。主要功能包括酒店客房，餐廳，無邊際泳池，80 m 燈光秀廣場等，特別是炫彩的 80 m廣場的燈光秀，給人科技般的聽覺和視覺的感受。酒店為 100m高層酒店，占據(jù)度假區(qū)最高點。28 樓的無邊際泳池，成為網(wǎng)紅打卡點。酒店包含世界各地美食，可以同時容納數(shù)千人，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益。

本項目主要由26 層高層塔樓，東西向布置，東邊裙房與塔樓同長、進深超過4m，西側(cè)無裙房。為滿足消防救援要求，只能將消防車登高操作場地置于塔樓無裙樓遮擋的西側(cè)，而西側(cè)也是酒店的主要出入口，也是客人主要落客區(qū)，需要營造一個大氣的、符合建筑體量的入口氛圍，且具有遮風擋雨的雨棚。已有的翻折、折疊或逐級伸縮的雨棚出挑覆蓋的深度非常有限，未能匹配項目需求；而能滿足項目需求的已有的大跨度開合伸縮雨棚涉及打開后都留有會妨礙消防車道通行及消防車登高操作的軌道或構(gòu)件等阻礙物。針對這一問題，設(shè)計方提出了一種可與消防聯(lián)動的、跨度不小于10m 的伸縮雨棚的設(shè)計方法及雨棚形式，這種雨棚回縮后能與主體建筑物外墻之間形成足夠?qū)捒臻g供的消防車登高操作，且周邊及上空無任何妨礙消防車道通行及消防車登高操作的軌道或構(gòu)件等阻礙物，滿足消防救援要求。

在調(diào)研的基礎(chǔ)之上，通過現(xiàn)場分析，結(jié)合立面設(shè)計，確定采用具有消防聯(lián)動的滑動形式的雨棚，便于在火災(zāi)時迅速開啟。發(fā)生火災(zāi)時，報警系統(tǒng)將火災(zāi)傳送到消防控制中心并及時啟動雨棚滑動打開。使消防登高場地為無阻礙的空間，因此在登高救援范圍內(nèi)當雨棚滑開時，不能保留有任何結(jié)構(gòu)構(gòu)件，也就是雨棚的結(jié)構(gòu)構(gòu)件必須和雨棚一起滑動，這是以前案例都沒有實現(xiàn)的。而且開敞的空間大，雨棚結(jié)構(gòu)荷載大，需設(shè)置一個承載力很高的支座以支撐移動的雨棚。同時又要防止雨水滲漏、解決排水的問題。建筑專業(yè)與結(jié)構(gòu)專業(yè)、給排水專業(yè)以及機械專家，一起開會討論、建立模型，結(jié)合消防規(guī)范，研制出一種能滿足消防要求和細部構(gòu)造節(jié)點的滑動雨棚。

2 滑動雨棚創(chuàng)新設(shè)計

以建筑防火規(guī)范的要求為依據(jù)，通過類比、計算分析的方法，在火災(zāi)限制時間內(nèi)控制雨棚開啟，形成開敞無阻擋的消防登高場地。根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》要求，消防登高面需要至少10m 以上的寬度，20m 以上的長度，上方不能有梁、板、屋蓋等建筑、結(jié)構(gòu)構(gòu)件阻擋消防員的救援。且根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》7.2.1：高層建筑應(yīng)至少沿一個長邊或周邊長度的1/4且不小于一個長邊長度的底邊連續(xù)布置消防車登高操作場地，該范圍內(nèi)的裙房進深不應(yīng)大于4m，消防登高場地上的滑動雨棚與建筑主體機構(gòu)可有一個≤4m 的構(gòu)件相連，如圖3～6 所示。

圖3 本項目伸縮雨棚剖面

圖4 雨棚關(guān)閉時平面

本項目建筑從兩個角度出發(fā)，雨棚不僅僅考慮美觀和擋雨要求，并同時滿足消防要求；還要符合消防規(guī)范中登高場地的要求。當火災(zāi)發(fā)生情況下，控制器接收信號，電動或手動使雨棚伸縮部分在消防要求時間內(nèi)自動回縮，保證外墻滿足消防車道和消防車登高操作場地需要的距離。雨棚設(shè)計設(shè)置足夠長度的滑動雨棚與建筑主體的固定雨棚相接，以滿足建筑立面造型或空間連接等需求，兼有采光的功能。雨棚同時還設(shè)計有消防聯(lián)動系統(tǒng)、防雨排水系統(tǒng)等。

3.1 大跨度設(shè)計

一種可滑動伸縮的鋼結(jié)構(gòu)雨棚，可配合使用于建筑消防車道或登高操作場地上空，從主體建筑外部挑出連接主體建筑和與其距離超過10m 以外，雨棚打開的尺寸大于10m×20m，由于沒有任何遮擋物，消防車能自如展開，滿足消防規(guī)范要求。消防救援時，上空無任何阻擋物，平時使用需要與主體以連廊形式連接的建筑或構(gòu)筑物。

3.2 消防聯(lián)動設(shè)計

根據(jù)《城市消防站建設(shè)標準》[3]第十三條，消防站布局一般應(yīng)以接到出動指令后5min 內(nèi)消防隊可以到達轄區(qū)邊緣為原則確定。5min 時間是由15min 消防時間得來的。根據(jù)火災(zāi)發(fā)展過程一般可以分為初起、發(fā)展、猛烈、下降和熄滅五個階段，以一般固體可燃物著火后，在15min 內(nèi)火災(zāi)具有燃燒面積不大、火焰不高、輻射熱不強、煙和氣體流動緩慢、燃燒速度不快等特點，房屋建筑火災(zāi)15min 內(nèi)尚屬于初起階段。如果消防隊能在火災(zāi)發(fā)生的15min 內(nèi)開展滅火戰(zhàn)斗，將有利于控制和撲救火災(zāi)，否則火勢將迅速蔓延，造成嚴重的損失。目前，“15min消防時間”也是規(guī)劃消防站布局和建立城鎮(zhèn)消防站的基本依據(jù)，包括發(fā)現(xiàn)起火、報告火警、接警出動、行車到場和開始出水撲救的時間。其中發(fā)現(xiàn)起火4min，報警和指揮中心出警2.5min，消防隊接警出動1min，消防車行車到場4min，戰(zhàn)斗展開至出水撲救3.5min。因此當消防控制室收到火災(zāi)報警時，該雨棚可以在規(guī)定時間內(nèi)立即啟動，按（電動速度為4m/min，開啟時間為3min，手動速度約1.5m/min，時間小于8min）縮回，電動打開時間計算為4+2.5+3=9.5min，可以在消防車到達前完全打開（4+2.5+1+4=11.5min）；手動驅(qū)動模式保證在電機失靈的情況下，可人工操作，在8min 內(nèi)能回縮雨棚。因此可以得出結(jié)論：火警發(fā)生時覆蓋在登高場地上方可滑動部分能依靠消防聯(lián)動系統(tǒng)在消防規(guī)定時間內(nèi)自動打開，或在系統(tǒng)失靈時、其他緊急情況發(fā)生時手動控制打開，不妨礙消防或其他狀況下的救援活動。

3.3 主要構(gòu)造設(shè)計

雨棚設(shè)有4 根直線導軌，可根據(jù)消防要求打開或關(guān)閉，雨棚高度≥4.5m。雨棚可伸縮部件的軌道完全處于固定支座之中，固定支座范圍之外沒有軌道和其他支點，即當可伸縮部件完全回縮后，與建筑之間至少距離10m 的空間內(nèi)完全通透，不存在任何可能阻礙消防車行駛或?？亢偷歉卟僮鞯恼系K物。該主體主要由鋼結(jié)構(gòu)雨棚、軌道梁、行走雨棚等構(gòu)件組成。行走臺車設(shè)有支撐輪、水平導向及防傾覆反力輪，對變形適應(yīng)能力強，保證雨棚在軌道誤差和各種活荷載下能平滑順利開閉。伸縮雨棚采用電動伸縮、消防聯(lián)動縮回、手搖伸縮三種工作狀態(tài)操作伸縮雨棚，設(shè)置有一套電動驅(qū)動系統(tǒng)及一套手動驅(qū)動系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)可相互切換：主控制系統(tǒng)自動化程度高，可接受消防信號，實現(xiàn)消防聯(lián)動開啟；在斷電情況下，可切換人工緊急驅(qū)動伸縮雨棚完全縮回，在柱腳設(shè)有搖手，工作人員可人工手動搖動搖手，開啟或關(guān)閉雨棚，以便開展和實施及時有效的營救。

3.4 防排水設(shè)計

雨棚使用鋼結(jié)構(gòu)+鋁合金面板，自帶防水材質(zhì)。為確保在使用過程中不出現(xiàn)漏水，采用多道防水和排水系統(tǒng)設(shè)計。以滑動雨棚與固定雨棚交界處為最高點，向雨棚兩邊找坡1%，固定和滑動雨棚均設(shè)有排水溝，將雨水引流至雨水口?；瑒佑昱锱c固定雨棚交界處的節(jié)點，如圖5 排水節(jié)點所示：固定與滑動交界處兩側(cè)各設(shè)一個縱向排水溝，固定雨棚上部設(shè)水平的擋水板和一個建筑面層150mm×150mm 淺溝，滑動端設(shè)一個300mm×200mm 的排水溝（詳見圖7 排水淺溝-1）。雨棚平時閉合狀態(tài)下，為防止從塔樓往下看，明露排水溝影響美觀，固定端雨棚的擋水板伸到滑動雨棚水溝外側(cè)，端部用膠條和硅酮密封膠與滑動端固定，同時可通過縫隙將水引至排水溝，既美觀又保證整體的封閉一體性。當在打開狀態(tài)下，滑動雨棚和固定雨棚各自四周設(shè)排水溝，形成封閉獨立的排水系統(tǒng)。

圖5 雨棚打開時平面

圖7 排水節(jié)點（圖表來源：作者自繪）

3.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計

本項目雨棚可伸縮部件的軌道僅設(shè)置于一端的固定基座，此外沒有其他支點，故從受力方面，本設(shè)計中伸縮雨棚可視為一個較大跨度的懸挑結(jié)構(gòu)，可伸縮部件的雨棚作為懸臂構(gòu)件，與現(xiàn)有案例的雨棚“兩端簡支”受力情況不同，對端部支座處受力性能要求更高，不僅要保證完全伸出后僅靠與軌道相接的一端能支撐起整個雨棚，還要保證伸出部分不會有太大的形變或下墜，保證其與另一端建筑物外墻挑出的雨棚（挑出長度小于等于4 m）交接的位置不會出現(xiàn)巨大的縫隙、同時伸出部分也能沿原軌道順利回縮，如圖8 所示。

圖8 結(jié)構(gòu)受力簡圖

3.6 智能控制系統(tǒng)設(shè)計

采用雙向備用電源，消防控制中心與雨棚控制系統(tǒng)連接，在消防狀態(tài)下控制系統(tǒng)接收來自消防中心的信號，會馬上啟動打開命令，使雨棚在3min 內(nèi)開啟。排水系統(tǒng)設(shè)水位感應(yīng)器，當積水超過原有高度，雨棚控制系統(tǒng)會自動報警，提示相關(guān)人員檢查排水系統(tǒng)。電動發(fā)生故障時，手動裝置可實現(xiàn)開啟或關(guān)閉的功能，消防信號為最高級別的信號，具有一切狀態(tài)下的消防優(yōu)先。

4 結(jié)論

以酒店項目為依托，通過利用高科技建造技術(shù)、創(chuàng)新研究出一種滑動雨棚，可利用消防聯(lián)動解決項目特殊區(qū)域的消防難題，解決該酒店主要出入口大雨棚與消防登高面沖突的問題。本設(shè)計于2022 年由國家知識產(chǎn)權(quán)局授予發(fā)明專利，并在其他多個酒店、商業(yè)項目中應(yīng)用，均獲得了成功。今后適用于任何民用公共建筑，新建項目均可參照推行，對建筑消防設(shè)計有較重大的指導意義。