超高層建筑防火設(shè)計要點分析

摘 要 超高層建筑是今后建筑發(fā)展的必然趨勢，然而防火問題一直是制約其發(fā)展的重要因素之一。本文從超高層建筑火災(zāi)特點出發(fā)，得出了超高層建筑防火設(shè)計要點為：合理布置高層建筑總體布局和防火分區(qū)、確保建筑物耐火能力、加強自然排煙設(shè)計及安全疏散設(shè)施設(shè)置。并給出了避難層、屋頂停機坪、玻璃幕墻三種超高層建筑防火措施。

關(guān)鍵詞 超高層建筑；防火設(shè)計；避難層

中圖分類號 TU97 文獻標識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)071-0116-02

超高層建筑是今后建筑發(fā)展的必然趨勢，然而防火問題一直是制約其發(fā)展的重要因素之一。由于導致高層建筑發(fā)生火災(zāi)的因素較多，撲救難度大，高層建筑應(yīng)立足于自防自救，采取可靠的防火措施，達到預防火災(zāi)的目的。本文從超高層建筑火災(zāi)特點出發(fā)，得出了超高層建筑防火設(shè)計要點，并給出了三種超高層建筑防火措施。

1 超高層建筑火災(zāi)特點

超高層建筑火災(zāi)具有以下幾個特點：

1）火勢蔓延快：高層建筑各專業(yè)豎井林立，發(fā)生火災(zāi)時，這些豎井就像高聳的煙囪，構(gòu)成火勢迅速蔓延的主要途徑。試驗證明，煙氣豎向擴散速度為3 m/s～4 m/s，100 m的高層建筑在

25 m/s～35 m/s左右，煙氣即順垂直通道從底層擴散到頂層，與此同時，火勢也將蔓延擴大。

2）人員疏散困難：高層建筑層數(shù)多，人員集中，垂直疏散距離遠，發(fā)生火災(zāi)時，要使人員迅速疏散到地面或建筑物內(nèi)避難層及不受火災(zāi)威脅的安全部位，是十分艱難的。數(shù)千人、甚至數(shù)萬人若從整幢大樓疏散到地面，少則幾十分鐘，多則幾小時。

3）火災(zāi)撲救難度大：高層建筑火災(zāi)的撲救由于受到消防設(shè)施條件的限制，給滅火工作帶來很大難度。如果超過消防登高車輛的高度則無法從室外撲救，只能依靠自救，即依靠室內(nèi)的消防疏散設(shè)施。

2 超高層建筑防火設(shè)計要點

按規(guī)定，我國高度超過100米的建筑為超高層建筑，防火設(shè)計按《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50045-95執(zhí)行。由于導致高層建筑發(fā)生火災(zāi)的因素較多，撲救難度大，因此高層建筑應(yīng)立足于自防自救，采取可靠的防火措施，達到預防火災(zāi)的目的。因此，針對一上特點，高層建筑防火設(shè)計必須強調(diào)幾個問題：

1）合理布置高層建筑總體布局和防火分區(qū)?？偲矫娌贾弥械闹?，附體關(guān)系，該建筑與四周建筑的間距及車道的設(shè)置等等，均屬與防止蔓延和迅速撲救密切相關(guān)的問題，也是進行建筑方面設(shè)計方案時須首先考慮的重要因素之一。合理的總平面布置，不但有利于火災(zāi)撲救，而且對防止火勢蔓延有極大幫助。設(shè)計時需不折不扣執(zhí)行。

防火分區(qū)是延緩火勢蔓延的重要措施，包括水平和豎向兩種。水平防火分區(qū)是應(yīng)用防火墻，防火門及防火卷簾等將各樓層在水平方向分隔為兩個或幾個防火分區(qū)，根據(jù)《高規(guī)》要求，每一分區(qū)內(nèi)要相應(yīng)裝設(shè)一些使防火門能自動關(guān)閉的裝置，并且在建筑施工時，要做到防火卷簾安裝時，卷筒與梁，卷筒與墻壁之間不能留有縫隙，能充分發(fā)揮其防火、阻煙作用。豎向防火分區(qū)主要指對建筑內(nèi)部的垃圾井、水井（水管井）、電井（強、弱電）及樓、電梯間實行防火阻隔（水井、電井要求封堵），最大限度地降低火勢蔓延速度，控制火災(zāi)燃燒面積。

2）確保建筑物耐火能力?！陡邔用裼媒ㄖO(shè)計防火規(guī)范》規(guī)定，一類高層建筑的耐火等級為一級，二類高層建筑耐火等級不低于二級，在高層建筑防火設(shè)計中應(yīng)保證建筑物的耐火等級，使火災(zāi)發(fā)生時建筑物結(jié)構(gòu)在較短時間內(nèi)不會損壞，為人員疏散贏得時間，同時也減少火災(zāi)損失?？煽康哪突饦?gòu)造能減少起火，蔓延及保護人和建筑的安全。設(shè)計中除了應(yīng)首先保證主體結(jié)構(gòu)的耐火能力之外，還須對天棚，墻面等裝修部位的耐火性能給予充分的考慮。

了追求建筑外觀效果，部分高級公寓和住宅采用了玻璃幕墻，國內(nèi)外建筑界對此頗有爭議（日本、德國等國家明文規(guī)定禁止使用）。其中部分原因在于玻璃幕墻不但因抽風作用而成為火勢蔓延的途徑，而且在火災(zāi)發(fā)生后，常常等不到人員疏散完畢，幕墻就已達到耐火極限而向下掉落，嚴重影響人群的疏散。

3）加強自然排煙設(shè)計及安全疏散設(shè)施設(shè)置。目前，高層建筑中玻璃幕墻和豎向管道常常成為火勢蔓延的途徑，造成火勢跳躍防火分區(qū)，擴大火災(zāi)損失；其次，大量高層建筑火災(zāi)證明了煙是高層建筑火災(zāi)中最大的殺手。因此，防排煙設(shè)計與安全疏散設(shè)施的設(shè)置是高層建筑防火設(shè)計中十分重要的環(huán)節(jié)。

國家明確規(guī)定電梯前室及相關(guān)地方增設(shè)防排煙系統(tǒng)，疏散樓梯增設(shè)正壓送風系統(tǒng)。此外，還要加強自然排煙設(shè)計。自然排煙是一種經(jīng)濟、簡單、易操作的排煙方式，宜優(yōu)先采用；但由于樓梯間存在熱壓差（即煙囪效應(yīng)），煙氣往往充滿樓梯間，使人們無法疏散，因此，要求樓梯間有一定的開窗面積，且排煙窗應(yīng)設(shè)在墻面上方，同時要求能方便開啟。

除了按規(guī)定設(shè)置不同形式的、數(shù)量足夠且分布合理的疏散樓梯外，必須在防火門及疏散通道前上方及其附近設(shè)置明顯的指示標志，以使人員能順利疏散。

3 超高層建筑防火措施

3.1 避難層

有資料顯示，城市安全部門曾經(jīng)做過一個試驗，讓一名身強力壯的消防員從第33層跑到第1層，用了35分鐘。如果是一名身體素質(zhì)一般的人員或老人、小孩，所需時間肯定會更高，并且人在緊張慌亂的情形下，要在樓梯間內(nèi)長時間行走，絕大多數(shù)的人會體力不支。而火借風勢，30秒內(nèi)就可以從第1層到達第33層。這樣算來，在超高層建筑中人們跑到樓外逃生的可能性幾乎為零。因此，在高層建筑中設(shè)置避難區(qū)域是解決這一問題的最有效辦法，為疏散中的人群提供休息的場所，為殘疾和受傷人員提供保護，直到得到消防人員的救助。這些避難層也可以用作救援隊的疏散指揮點，實現(xiàn)建筑內(nèi)的有序疏散。因此，我國《高層民用建筑設(shè)計防火規(guī)范》規(guī)定 ：建筑高度超過100米的公共建筑，應(yīng)設(shè)置避難層（間）。

3.2 屋頂停機坪

據(jù)了解，高層建筑火災(zāi)發(fā)展速度快，極易形成“沖天火柱”，因此居高臨下的偵察顯得尤為重要。直升機可以在很短時間飛抵火場，利用空中優(yōu)勢正確尋找起火部位、判斷出燃燒物的性質(zhì)，觀察人員逃生情況，并把信息及時反饋到火場總指揮部。這些都能為火場指揮員做出正確部署滅火力量提供科學依據(jù)。

而在形勢危急的情況下，直升機便將直接充當空中消防車的作用。據(jù)介紹，目前用于滅火的直升機都帶有一個噴射炮的裝置，其可以將攜帶的滅火材料噴向火海。除此以外，還可以利用直升機與地面泵車聯(lián)合，由地面泵車負責供水。這樣便可以克服高度限制，將水源源不斷地送往空中。

直升機的另一重要用途是用于救生。高層大火時向下的通道很容易被火勢切斷，人員只能選擇逃往樓頂。如果樓頂?shù)匦芜m合降落的話，直升機便能降下來救走被困者；如其地形難以著陸，直升機還能通過拋下軟梯，實施救援。

3.3 玻璃幕墻防火

玻璃幕墻在外墻裝飾上外表華貴而又不失莊重，并且可以減輕建筑物的結(jié)構(gòu)荷載，因此應(yīng)用廣泛。但其在火災(zāi)情況下的安全性設(shè)計更需高度重視，鋼材和鋁合金型材的耐火性能都比較差，鋼型材在300℃～400℃高溫下強度下降，600℃時失去承載能力，而鋁合金結(jié)構(gòu)型材的耐火性能更差，受熱條件下極易發(fā)生結(jié)構(gòu)變形，250℃～300℃左右既失去承載能力。目前的玻璃幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中雖然考慮了玻璃和鋁合金在溫度驟變情況下因變形伸縮不一致而發(fā)生的“冷橋”現(xiàn)象，玻璃和鋁框中間采用橡膠、聚乙烯泡沫材料相隔，但是能承受的溫度變化范圍僅在－40℃～＋50℃之間。建筑物內(nèi)發(fā)生火災(zāi)，輻射熱、高溫煙氣都使結(jié)構(gòu)溫度變化范圍遠遠大于＋50℃，結(jié)構(gòu)受熱膨脹變形過大，造成玻璃破碎、脫落。另外隱框玻璃幕墻的玻璃用硅硐膠、橡膠與鋁合金框膠合，硅硐膠的耐高溫程度也只有200℃，超過了200℃膠的作用即會發(fā)生變化，粘合力降低也會使玻璃脫落。火災(zāi)過程中，高溫煙氣、輻射熱使幕墻結(jié)構(gòu)升溫非?？?，常常等不到人員在建筑物內(nèi)疏散完畢，就已達到結(jié)構(gòu)極限，發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞，向下掉落各種結(jié)構(gòu)碎片。因此疏散出口上方作玻璃幕墻的公共高層建筑，一定要在安全出口上方設(shè)置防護挑檐。

4 結(jié)論

本文從超高層建筑火災(zāi)特點出發(fā)，得出了超高層建筑防火設(shè)計要點為：合理布置高層建筑總體布局和防火分區(qū)、確保建筑物耐火能力、加強自然排煙設(shè)計及安全疏散設(shè)施設(shè)置。并給出了避難層、屋頂停機坪、玻璃幕墻三種超高層建筑防火措施。

參考文獻

[1]張梅紅，趙建平.超高層建筑防火設(shè)計問題探討[J].消防科學與技術(shù)，2010，29(3):217-219.

[2]陸云.超高層建筑消防安全對策研究[J].武警學院學報，2009，12:48-51.

[3]McConnella， N C， Boycea K E J， Shieldsa E R. The U K 9/11evacuation study: Analysis of survivors recognition and response phase in WTC1[J]. Fire Safety Journal， 2010， 45(1): 21-34.