超高層建筑防火構(gòu)造設(shè)計思考

鄧力頻

漢壽縣消防救援大隊 湖南常德 415900

在我國市場經(jīng)濟(jì)的推動之下，城市化進(jìn)程逐步加快，超高層建筑也是越來越多。雖然高層建筑、超高層建筑的出現(xiàn)在很大程度上解決了城市土地資源緊張的問題，大大提高了城市空間資源的利用率，但是消防安全問題也日益嚴(yán)竣。對于超高層建筑消防安全設(shè)計，在很多方面都有著嚴(yán)格的要求，與普通建筑相比其防火構(gòu)造設(shè)計也更為復(fù)雜[1]。

1 超高層建筑火災(zāi)危害性分析

超高層建筑一旦發(fā)生火災(zāi)，其危害性遠(yuǎn)超過普通建筑，這是因為在超高層建筑內(nèi)人員眾多，樓層過高導(dǎo)致疏散線路變長，不便于逃生。在2017 年“6.14”倫敦公寓樓火災(zāi)事故中最終遇難人數(shù)多達(dá)71 人，大火持續(xù)時間超過30h[2]。超高層建筑的火災(zāi)危害性主要表現(xiàn)在以下幾方面：

1.1 火災(zāi)蔓延快，難以控制

在超高層建筑內(nèi)發(fā)生火災(zāi)后，內(nèi)部的排氣管道、管道井、樓梯間等都會為著火點提供充足的氧氣，加上建筑內(nèi)部存在大量可燃、易燃物品，使火勢得到迅速蔓延，燃燒也更加持久，而且在高處風(fēng)助火勢，還會造成大火向周圍樓層蔓延，難以控制。有研究顯示，在火災(zāi)剛剛發(fā)生的時候，在水平方向煙氣的擴(kuò)散速度僅為0.3m/ s，但隨著火勢逐步加大，周圍溫度快速升高，就會引起空氣對流，水平方向的煙氣擴(kuò)散速度快速增高，能夠達(dá)到0.5～0.8m/ s，而豎向擴(kuò)散的速度更加恐怖，沿豎向管道能夠達(dá)到3～4m/ s。這說明，如果當(dāng)高度達(dá)到100m 的超高層建筑發(fā)生火災(zāi)后，如果火勢得不到有效控制，在短短的30s 時間內(nèi)就可以從地面迅速蔓延到頂部。隨著樓層高度的增加，火災(zāi)蔓延的速度也隨之加快。

1.2 疏散難度大，傷亡過高

超高層建筑的另一個重大危害就是人員較多，不便疏散，容易造成更高的人員傷亡。一是樓層過高，導(dǎo)致人員疏散的線路延長，逃生的時間也變長；二是疏散通道有限，逃生人員過多，造成擁擠，導(dǎo)致疏散慢。三是快速蔓延的大火產(chǎn)生大量濃煙，含有大量有毒氣體，再加之濃煙遮擋視線，都增加了逃生的難度。有數(shù)據(jù)顯示，在火災(zāi)中因煙熏造成的死亡所占比例最高[2]。

1.3 滅火難度大，不便救援

當(dāng)超高層建筑發(fā)生火災(zāi)后，會給滅火工作造成更多的困難和障礙。一是火勢快速蔓延，同時伴有較為強(qiáng)烈的熱輻射和濃煙，消防人員不能對蔓延的火勢形成有效的攔截。二是消防滅火設(shè)備高度受到限制，無法在超高層建筑室外展開滅火救援工作，而使用室內(nèi)水源時又會出現(xiàn)供水不足的問題。四是很多超高層建筑內(nèi)部并沒有安裝消防電梯，消防人員到達(dá)現(xiàn)場后并不能快速到達(dá)著火層，消防器材也不能快速得到有效的補(bǔ)充，嚴(yán)重影響救援工作[3]。

2 超高層建筑防火構(gòu)造設(shè)計的措施

對于超高層建筑而言，其實用性是尤其重要的，所以在進(jìn)行防火設(shè)計的過程中應(yīng)立足建筑本身的功能性，在避免對功能性造成影響的前提下，依據(jù)我國對超高層建筑的消防安全設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行合理的防火設(shè)計優(yōu)化，從多個角度強(qiáng)化超高層建筑的防火線，確保超高層建筑功能性良好、防火性極佳，進(jìn)而保障相關(guān)人員的生命與財產(chǎn)安全，推動建筑行業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。

2.1 確保暢通性良好

超高層建筑的特點在于樓高較高且建筑間距較近，所以一旦發(fā)生火災(zāi)，逃生的暢通性尤為關(guān)鍵，這就需要加強(qiáng)消防通道的設(shè)計，確保消防通道能夠第一時間為人們提供暢通的逃跑路線，同時也為消防工作提供便利。此外，針對樓間距較小的問題，應(yīng)在建筑設(shè)計方面進(jìn)行優(yōu)化，對相鄰建筑、空地綠化、廣場地點等進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃。

2.2 結(jié)合超高層建筑的情況設(shè)置分區(qū)防火

對于分區(qū)防火的設(shè)計而言，一方面要借助于防火墻來實現(xiàn)，另一方面則是要借助于耐火樓板的合理設(shè)計，通過耐火樓板進(jìn)行垂直方向的防火分區(qū)，只有確保水平與垂直方向的徹底隔絕，才能避免火勢蔓延。除此之外，在進(jìn)行管道與線路的設(shè)計時，也應(yīng)充分考慮防火性。

2.3 充分考慮超高層建筑基本構(gòu)成的耐火性

一旦火災(zāi)發(fā)生，建筑就會產(chǎn)生坍塌的風(fēng)險，而此時建筑梁、柱、防火門等基礎(chǔ)構(gòu)成的耐火性就直接影響了火災(zāi)發(fā)生后對建筑本身的損傷，也就決定了火災(zāi)接下來的走向，所以基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的耐火性考量至關(guān)重要。

2.4 應(yīng)保障安全疏散路線的疏散效果

疏散通道關(guān)系著人們的逃生效果，所以防火單元旁應(yīng)設(shè)計疏散出樓和樓梯，確保疏散通道的設(shè)計符合消防安全設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，同時也要保障疏散通道的排煙性能和防火封閉性能良好，確保為人員逃離提供充足的時間。

2.5 避免易燃材料的使用

一旦發(fā)生火災(zāi)，易燃的裝修材料就成了火災(zāi)的助力，進(jìn)一步加劇了火勢，而選擇防火材料裝修卻可以最大限度的阻隔火災(zāi)蔓延，為人員逃生和消防救援提供充足的時間，由此可見裝修材料選擇的重要性。

2.6 確保供水系統(tǒng)的效率

首先，應(yīng)確保水壓和水量滿足消防用水的需求，避免因火災(zāi)而出現(xiàn)無法供水的情況；其次，則是要確保消防距離的充足，在進(jìn)行供水管道的設(shè)計時應(yīng)注意合理性，確保供水管道耐火性良好。

2.7 構(gòu)建完善的聯(lián)網(wǎng)報警系統(tǒng)和智能化滅火系統(tǒng)

在信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展下，高層建筑也應(yīng)構(gòu)建起一體化、智能化的聯(lián)動系統(tǒng)，確?；馂?zāi)發(fā)生時，第一時間實現(xiàn)火災(zāi)報警，并打開滅火、排煙、疏散等相關(guān)系統(tǒng)，在火災(zāi)發(fā)生的初期實現(xiàn)最優(yōu)的控制，降低經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。

3 超高層建筑防火構(gòu)造設(shè)計要點分析

3.1 特殊防火設(shè)計要求

根據(jù)我國現(xiàn)行《建筑設(shè)計防火規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，針對超高層建筑的防火構(gòu)造設(shè)計，必須嚴(yán)格執(zhí)行普通高層建筑中有關(guān)消防設(shè)計的基本條款，同時對高度超過100m 的超高層建筑專門做出要求，主要包含以下幾點：

（1）在超高層建筑內(nèi)，電纜井、管道井等部位所使用的材料其耐火等級必需達(dá)到2h，樓板耐火等級達(dá)到1.5h，并且必需與其他部位進(jìn)行有效的分割。

（2）在超高層建筑內(nèi)必需設(shè)置專供發(fā)生火災(zāi)時人員臨時避難使用的避難層或者避難間。

（3）針對標(biāo)準(zhǔn)層建筑面積達(dá)到1000m2以上的超高層公共建筑，應(yīng)當(dāng)在樓頂位置設(shè)置專門用于救援的直升機(jī)停機(jī)坪，或者可以供直升機(jī)起飛、降落的相關(guān)設(shè)施，一旦發(fā)生火災(zāi)便于快速展開救援工作。

（4）在超高層建筑內(nèi)部的消防最不利點應(yīng)設(shè)置靜水壓力達(dá)到0.15MPa 以上的消防栓，以備火災(zāi)發(fā)生時能夠快速有效的開展滅火工作；假如超高層建筑內(nèi)部靜水壓力達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，則應(yīng)該采取增壓措施，確保靜水壓力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

（5）在超高層建筑內(nèi)的一些特殊場所必需安裝自動噴淋裝置，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時可以起到很好的滅火效果。

3.2 防火門設(shè)計

防火門在建筑消防安全系統(tǒng)中是非常重要的一部分，其組成主要有門框、門扇和控制結(jié)構(gòu)等主要部分構(gòu)成，這些結(jié)構(gòu)部分的性能是影響防火門防火、隔煙能力的關(guān)鍵。按照防火規(guī)范中的要求，防火門必需具備一定的耐火性能，可以劃分了甲、乙、丙三個等級，其中甲級最高，依次為乙級和丙級。按照燃燒的特性，防火門可以劃分為非燃燒體和難燃燒體兩類，非燃燒體類的材質(zhì)主要是鋼板、石棉板、礦棉等非可燃材料制成，而難燃燒體則是將非燃燒材料覆蓋在可燃燒材料的表面加工而成。

3.3 樓梯間設(shè)計

當(dāng)火災(zāi)發(fā)生后，超高層建筑內(nèi)部的樓梯間是人們疏散逃生的重要通道，按照防火規(guī)范的要求疏散樓梯的耐火等級必需達(dá)到1h 以上。因此，在樓梯間設(shè)計時所選用的材料其耐火等級必需達(dá)到規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)要求，一般鋼筋混凝土樓板的耐火等級為1h。另外，疏散樓梯的設(shè)計應(yīng)盡量避免采用螺旋、扇形等形式，否則要確保滿足以下要求，上下兩級平面角度不超過10°，距離扶手250mm 處必須保證踏步深度在220mm 以上。

3.4 電梯間的設(shè)計

通常在超高層建筑內(nèi)客用電梯會通向每個樓層，從第一層開始會在每個樓層都設(shè)置前室，因此無法使用防火門進(jìn)行密閉處理。為達(dá)到每個樓層間密閉的效果，可以在電梯間兩端出口位置安裝重力式自動密閉門，一旦出現(xiàn)某樓層著火，重力式密閉門就會啟動并關(guān)閉（普通電梯不可以作為逃生的通道）。因為火勢會由下向上蔓延，此時將著火層以上的各樓層的密閉門全部啟動，著火層以上的各個樓層都會形成密閉空間，將著火樓層隔絕。自動重力式密閉門需要專門設(shè)計，可采用斷電后由重力錘使其自動關(guān)閉方法。

3.5 防火墻設(shè)計

防火墻是有效阻止火勢蔓延的墻體，并且還可以有效降低熱輻射，防火墻具有較高的耐火性。在超高層建筑中，防火墻的劃分是保障消防安全的關(guān)鍵。在規(guī)范中對防火墻的設(shè)置有著嚴(yán)格的要求，防火墻的耐火等級必需達(dá)到3h 以上，而在一些有著特殊功能的建筑中耐火等級還要高。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。在設(shè)置防火墻時應(yīng)參考以下要求：

（1）防火墻應(yīng)直接建在建筑基礎(chǔ)或承重結(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）通常防火墻上不可以開設(shè)門窗，如果是有著特殊要求必需開設(shè)，則必需使用固定式門窗，或者當(dāng)火災(zāi)發(fā)生后能夠自動閉合，并且門窗的防火等級達(dá)到甲級。

3.6 排煙系統(tǒng)設(shè)計

在超高層建筑火災(zāi)事故中，致人受傷和死亡的重要原因即是吸入了過多的有害氣體，所以超高層建筑進(jìn)行設(shè)計時也應(yīng)充分考慮火災(zāi)發(fā)生后煙霧的排放問題。火災(zāi)發(fā)生后，通常釋放出大量的一氧化碳和二氧化碳等有機(jī)化合物，空氣中氧氣含量隨之減少，長時間處在這樣的環(huán)境下會導(dǎo)致窒息并影響逃生，因此在進(jìn)行超高層建筑設(shè)計時，必須配備排煙系統(tǒng)，可以在樓梯間中設(shè)計加壓送風(fēng)系統(tǒng)，一旦火災(zāi)發(fā)生在聯(lián)動系統(tǒng)的作用下進(jìn)行加壓送風(fēng)，也就大幅減少了有害煙霧對逃生造成的影響。

3.7 避難區(qū)設(shè)計

受到建筑高度的影響，逃生難度隨之增大，所以必須充分考慮無法逃生情況下應(yīng)急避難區(qū)的設(shè)計，在建筑中設(shè)計出相對獨立的避難層。具體而言，應(yīng)每間隔15 層設(shè)計一個避免層，并且應(yīng)確保避難層的面積滿足避難人數(shù)要求，通?？梢园疵科矫?—5 人進(jìn)行計算，同時疏散通道雖然屬于避難區(qū)的連接通道，但疏散通道不能計入避難層的面積。此外，則是針對避難層位置的設(shè)計，應(yīng)盡可能設(shè)計在消防登高面的一側(cè)，從而為后續(xù)的救援提供便利。

4 結(jié)語

綜上所述，當(dāng)前我國建筑高層化發(fā)展趨勢顯著，超高層建筑也是越來越多，而建筑消防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)，其危害是巨大的。因此在消防設(shè)計中應(yīng)結(jié)合超高層建筑的特點，采取科學(xué)的設(shè)計方案，提升超高層建筑的消防安全性能，保障居民生命財產(chǎn)安全。